[发明专利]一种微流体气喷纺丝制备光热纤维的方法

说明书

本发明公开了一种微流体气喷纺丝制备光热纤维的方法。其特征是：将聚合物溶于溶剂中，配成均匀溶液转移到针管中，使用微流体气喷纺丝制成纤维，再经过光热材料的原位聚合，成为光热纤维，能够大幅度提高纤维的光热性能，增大水蒸发速率和光热转化效率。本发明在纺丝反应过程中不需要外加热源来维持整个体系的聚合，具有可控性，且纺丝反应时间较短，节能，无污染；通过原位合成，为光热纤维的快速制备提供了一种稳定高效的方法，具有工业化前景。

技术领域

本发明涉及太阳能光热转化领域，设计一种功能高分子纤维的制备技术，具体涉及一种微流体气喷纺丝制备光热纤维的方法。

背景技术

太阳能资源丰富，是一种可再生能源，一年中到达地球的太阳能的能量是自人类取得的所有地球上的煤、石油、天然气和铀等不可再生资源总和的两倍。太阳能的开发利用也已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。其中太阳能光热转化技术因其因其转化速度快、效率高、成本低等特点成为太阳能利用领域的研究热点之一，已在海水淡化、污水净化、杀菌、发电等方面得到了广泛的应用。光热材料作为太阳能与热能转换的媒介，其优异的光热转化性能将极大的提高太阳能的利用率，解决自然条件下光吸收能力差，转化效率低的问题。光热转化纤维以其低纤维直径、孔隙率、超大的比表面积，优异的强度与柔性以及独特的量子效应，是理想的光热转化结构材料，开发高性能的光热转化纤维膜材料就有重要意义。目前，大多数的光热纤维都是运用干湿法纺丝或者静电纺丝的方法制备，制备过程繁琐，涉及高压电，安全系数低，产量较小并且得到的光热转化效率只有60％。市场急需一种制备过程简单可控，能够更加安全的大规模制备高转化效率的光热纤维的方法。

发明内容

本发明的目的是为了实现光热材料的规模化制备而提供一种微流体气喷纺丝制备光热纤维的方法；该方法具有制备速度快、效率高、成本低、生产规模大等诸多优点，同时该纳米纤维光热复合材料的光热性能优异，同时极佳的纤维柔韧性能为具有独特形状的3D光热吸收材料的设计、制备提供了可能，在工业生产中具有较高的应用价值。

本发明的技术方案如下：本发明通过微流体气喷纺丝技术制备高强度的聚合物纳米纤维膜，再经过光热材料的原位聚合，成为光热纤维，能够大幅度提高纤维的光热性能，增大水蒸发速率。在纺丝反应过程中不需要外加热源来维持整个体系的聚合，具有可控性，且纺丝反应时间较短，节能，无污染。最重要的是该纤维膜制备方法简单，可以实现规模化的生产，具有工业化前景。

本发明的具体技术方案为：一种微流体气喷纺丝制备光热转化纤维的方法，其具体步骤如下：

(1)将聚合物溶解在溶剂中，充分溶解获得聚合物纺丝溶液；

(2)调整微流体气喷纺丝参数进行气喷纺丝，制备出均匀的聚合物纤维膜；

(3)将氧化剂与水在反应器中混合形成溶液，然后将纤维膜放入溶液中，将反应器置于反应浴中，滴加光热材料的前驱体，在一定温度下原位生长光热材料，得到黑色的光热纤维膜；

(4)将得到的光热纤维膜洗涤、干燥，去除未反应单体与游离颗粒，得到光热转化纤维膜。

优选步骤(1)中所述聚合物为聚酰胺66、聚氨酯、聚丙烯腈、聚己内酯、聚酰亚胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚氯乙烯或聚偏氟乙烯中的一种或几种；溶剂为甲酸、乙醇或N，N-二甲基甲酰胺中的一种或其组合；聚合物纺丝液的质量分数为10-20％。

优选步骤(2)中微流体气喷纺丝参数为：进液量为1-10mL h^-1；气压设置为0.05-0.15MPa；纺丝喷头到接受器距离为20-50cm；环境温度为20-35℃，环境湿度为55％-65％。

优选步骤(3)中氧化剂为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁中的一种或几种；氧化剂与水的质量比为(1-5)：150；前驱体与氧化剂的质量比为1：(1-3)。