[发明专利]碳化锆/聚吡咯-聚氨酯复合纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种碳化锆/聚吡咯‑聚氨酯复合纤维及其制备方法和应用，该复合纤维包括聚氨酯基体和碳化锆/聚吡咯复合颗粒，碳化锆/聚吡咯复合颗粒包括碳化锆和聚吡咯，聚吡咯掺杂双(三氟甲基磺酰基)亚胺锂；制备方法包括先合成碳化锆/聚吡咯复合颗粒，将聚氨酯溶解在二甲基甲酰胺中并搅拌，得到聚氨酯溶液，将碳化锆/聚吡咯复合颗粒分散在聚氨酯溶液中，通过湿法纺丝工艺即可；本发明中的聚吡咯主要对近红外的光具有较强的吸收能力，而碳化锆不仅能够吸收近红外光还能够高效吸收可见光；聚吡咯具有光热转换功能和电热转换功能，将碳化锆/聚吡咯复合颗粒填充到聚氨酯纤维中，制得既具有吸光发热功能又具有通电发热功能的纤维材料。

技术领域

本发明属于复合纤维技术领域，具体涉及一种碳化锆/聚吡咯-聚氨酯复合纤维及其制备方法和应用。

背景技术

冬季，羽绒服类以保温为目的的服装仅能够维持人们生存的基本热量。以空调和暖气等设备为基础的保温设施是人们维持体温恒定和正常活动的另一种应对寒冷气候的策略。但是空调和暖气的使用会带来严重的环境危害，比如臭氧层空洞、温室效应等。因此，为了减少空调和暖气的使用，具备更优异保温功能的纺织品具有一定的发展前景。

聚吡咯是一种既具有光热转换功能，又具有电热转换功能的半导体材料。虽然聚吡咯可以吸光发热，但是聚吡咯主要吸收近红外波段的光能。碳化锆是具有优异光热转换功能的碳化物，不仅可以吸收可见光波段的光能，还能将近红外波段的光能吸收。目前，还几乎没有研究报道将两种材料结合以研制既具有电热功能又具有光热转换功能的复合颗粒。

公开号为CN111014275A中公开了一种氧化铁-聚吡咯颗粒的制备方法，首先纳米Fe₂O₃超声分散在蒸馏水中，固液比为2g：1L，然后加入0.2-0.3倍体系固相物料质量的聚乙烯吡咯烷酮，机械搅拌。之后，再加入体系体积0.05％的吡咯，继续搅拌。接着，滴加体系体积20-30％的4.0g/L的氯化铁溶液，持续搅拌5h。最后，经过离心处理并分别用去离子水及乙醇洗涤，产物按料液比1：5-20加入乙醇，水浴50℃恒温磁力搅拌，加入0.5-0.7倍体系固相物料质量的3-巯基丙基三甲氧基硅烷，搅拌反应1-3h，80℃烘箱干燥制得。此外，公开号为CN104004186A中公开了一种中空硫化铜/聚吡咯纳米复合物，以氧化亚铜为模板，加入硫化钠硫化氧化亚铜，经过柯肯达尔效应，逐渐形成中空硫化铜，然后加入吡咯单体和氧化剂，将吡咯单体氧化聚合形成聚吡咯壳层后冷冻干燥即得。但是，目前还几乎没有关于聚吡咯和碳化锆复合颗粒的研究报道。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种碳化锆/聚吡咯-聚氨酯复合纤维。即将具有光热转换和电热转换功能的聚吡咯和具有光热转换效率的碳化锆材料结合，进而获得具有光热转换和电热转换功能的复合颗粒，再将复合颗粒添加入力学性能优异的聚氨酯材料中并纺成纤维，最终获得具有光热转换和电热转换功能的碳化锆/聚吡咯-聚氨酯复合纤维。

本发明的第二个目的是提供上述碳化锆/聚吡咯-聚氨酯复合纤维的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述碳化锆/聚吡咯-聚氨酯复合纤维的应用。

为达到上述首要目的，本发明的解决方案是：

一种碳化锆/聚吡咯-聚氨酯复合纤维，其包括聚氨酯基体和碳化锆/聚吡咯复合颗粒，聚氨酯的含量为90-99.9wt％，碳化锆/聚吡咯复合颗粒的含量为0.1-10wt％。

碳化锆/聚吡咯复合颗粒包括碳化锆和聚吡咯，聚吡咯掺杂双(三氟甲基磺酰基)亚胺锂。

当可见光和近红外光照射到复合纤维时，聚吡咯和碳化锆颗粒吸收光能进而增加其内能，然后将能量释放出去。因此复合纤维具有光热转换功能。此外，掺杂有双(三氟甲基磺酰基)亚胺锂的聚吡咯具有优异的导电性，使得碳化锆/聚吡咯颗粒具有良好的电导率，当复合纤维中含有碳化锆/聚吡咯颗粒能够使得纤维在低电压下具有明显的焦耳热效应，在低电压下产生的热量能够用来为人体供暖。