一种蓄热用热致变色纳米智能纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米纤维生产技术领域，特别涉及一种蓄热用热致变色纳米智能纤维的制备方法。
背景技术
智能纤维是将功能材料与人造纤维相结合制成的，可以对机械力、电、光、热等各种外界刺激做出反应。各种智能纤维已被报道用于护肤品、创面敷料、生理参数监测、除臭剂织物和储能等领域。特别是储能纤维引起了许多研究者的广泛关注。
相变材料是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。目前已经被应用于太阳能储能、纺织服装、食品包装、建筑等领域。相变材料包括无机、有机化合物和有机与无机的混合物。然而，无机的相变材料受到过冷、相分离和腐蚀电位等缺陷的限制。正十四醇具有高潜热、过冷度低的优点，是一种很好的蓄热材料，但与其他固液相变材料一样，相变过程中不可避免的泄漏，阻碍了其在蓄热领域的应用。
静电纺丝是获得超细纤维的一种简便易行的方法，制得的纤维具有直径小、重量轻、比表面积高等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓄热用热致变色纳米智能纤维的制备方法，工艺流程简单，制得的纳米智能纤维无毒，强度好（6.4MP），焓值高达88.71J/g，热稳定性强，可以根据温度的变化转变纤维的颜色，并储存或释放热量，将太阳能转化为热能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种蓄热用热致变色纳米智能纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将氯化钠和聚偏二氟乙烯加入到N,N-二甲基乙酰胺中，在45-50℃下搅拌10-12小时得到壳溶液；将正十四醇、结晶紫内酯和双酚A在85-90℃下搅拌1.5-2小时得到芯溶液；
步骤二、控制环境温度为50-55℃，将壳溶液和芯溶液分别移至注射器的针管中，并将注射器固定于进样器上，将针管与同轴针头连接，同轴针头与高压直流电源的正极连接，包裹着铝箔的接收滚筒与高压直流电源的负极连接，调节接收滚筒与同轴针头的距离，调节壳溶液和芯溶液的进样速度，提供电压即可在铝箔上收集核壳结构的蓄热用热致变色纳米智能纤维。
作为优选，所述壳溶液中氯化钠浓度为0.02-0.03wt%，聚偏二氟乙烯浓度为24-26wt％。
作为优选，芯溶液由结晶紫内酯、双酚A和正十四醇按1:5-5.5:115-118的质量比制成。
作为优选，所述壳溶液的进样速度为1-1.5 mL/h，芯溶液的进样速度为0.3-0.4mL/h。
作为优选，所述电压为28-30 kV。
作为优选，接收滚筒与同轴针头的距离为18-20cm。
作为优选，所述蓄热用热致变色纳米智能纤维细度为140-850 nm。
为了获得热稳定不易泄露的相变材料，本发明以掺杂氯化钠（NaCl）的聚偏二氟乙烯（PVDF）作为壳层，以正十四醇、结晶紫内酯（CVL）和双酚A（BPA）作为芯层，通过同轴静电纺丝的方法制备芯层含有热致变色染料核壳结构纳米智能纤维。
本发明采用同轴静电纺丝技术，使用同轴针头进给壳溶液和芯溶液，得到具有核壳结构的纳米纤维，具有良好的热稳定性。
本发明的壳层除了包封防泄漏外，它的机械强度高，热性能稳定，使纤维有良好的应用前景；壳层有良好的的透光性，可以使纤维随内部包封染料颜色的改变而转变颜色。
芯层材料为相变材料，结晶紫内酯、双酚A和十四醇组成了热致变色复合物，其中结晶紫内酯是隐色染料，双酚A是显影剂，十四醇在这里也作溶剂。当温度低于十四醇熔点时，双酚A释放质子并获得电子，诱发结晶紫内酯开环显示颜色，随着温度高于十四醇熔点，双酚A与质子结合，结晶紫内酯闭环趋于无色。
本发明的有益效果是：
1)利用同轴静电纺丝技术制备了可逆热致变色的核壳结构纳米智能纤维；
2)制备工艺流程简单，无毒，对环境友好；
3)所制备的纳米智能纤维相变潜热高，热稳定性强，可以有效的根据颜色转变显示相变过程。
附图说明
图 1 是本发明纳米智能纤维的扫描电镜照片。
图 2 是本发明纳米智能纤维的变色前后照片。
图 3 是本发明纳米智能纤维的100次热循环前后的DSC曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
总实施方案：
一种蓄热用热致变色纳米智能纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将氯化钠和聚偏二氟乙烯加入到N,N-二甲基乙酰胺中，在45-50℃下搅拌10-12小时得到壳溶液；将正十四醇、结晶紫内酯和双酚A在85-90℃下搅拌1.5-2小时得到芯溶液；所述壳溶液中氯化钠浓度为0.02-0.03wt%，聚偏二氟乙烯浓度为24-26wt％。芯溶液由结晶紫内酯、双酚A和正十四醇按1:5-5.5:115-118的质量比制成。
步骤二、控制环境温度为50-55℃，将壳溶液和芯溶液分别移至注射器的针管中，并将注射器固定于进样器上，将针管与同轴针头连接，同轴针头与高压直流电源的正极连接，包裹着铝箔的接收滚筒与高压直流电源的负极连接，调节接收滚筒与同轴针头的距离，调节壳溶液和芯溶液的进样速度，提供电压即可在铝箔上收集核壳结构的蓄热用热致变色纳米智能纤维。
所述壳溶液的进样速度为1-1.5 mL/h，芯溶液的进样速度为0.3-0.4 mL/h。所述电压为28-30 kV。接收滚筒与同轴针头的距离为18-20cm。
本发明制备的蓄热用热致变色纳米智能纤维细度为140-850 nm。
实施例1：
取3.6 g聚偏二氟乙烯放入9 g的N,N-二甲基乙酰胺中，再称取3 g含有0.1%wt NaCl的N,N-二甲基乙酰胺溶液放入上述溶液中，在50℃下磁力搅拌12小时至混合均匀得到壳溶液。取18.75 g正十四醇、0.31 g结晶紫内酯和0.94 g双酚A在90℃磁力搅拌2小时得到均匀的芯溶液。控制环境温度为55 ℃，将壳溶液和芯溶液分别移至10 mL注射器的针管中，并将注射器固定于进样器上，将针管与同轴针头连接，同轴针头与高压直流电源的正极连接，包裹着铝箔的接收滚筒与连接高压直流电源的负极连接，调节接收滚筒与针头的距离为20cm，调节壳溶液进样速率为1.5 mL/h，芯溶液的进样速率为0.4 mL/h，调节正压为28 kV，负压为-2 kV，即可在铝箔上收集到纳米智能纤维。
实施例2：
取2.4 g聚偏二氟乙烯放入5.6 g的N,N-二甲基乙酰胺中，再称取2 g含有0.1%wt NaCl的N,N-二甲基乙酰胺溶液放入上述溶液中，在50℃下磁力搅拌10小时至混合均匀得到壳溶液。取9.38 g正十四醇、0.16 g结晶紫内酯和0.47 g双酚A在90℃磁力搅拌2小时得到均匀的芯溶液。控制环境温度为55 ℃，将壳溶液和芯溶液分别移至10 mL注射器的针管中，并将注射器固定于进样器上，将针管与同轴针头连接，同轴针头与高压直流电源的正极连接，包裹着铝箔的接收滚筒与连接高压直流电源的负极连接，调节接收滚筒与针头的距离为20cm，调节壳溶液进样速率为1.5 mL/h，芯溶液的进样速率为0.4 mL/h，调节正压为28 kV，负压为-2 kV，即可在铝箔上收集到纳米智能纤维。
实施例3：
取4.8 g聚偏二氟乙烯放入11.2 g的N,N-二甲基乙酰胺中，再称取6 g含有0.1%wtNaCl的N,N-二甲基乙酰胺溶液放入上述溶液中，在50℃下磁力搅拌12小时至混合均匀得到壳溶液。取37.5 g正十四醇、0.62 g结晶紫内酯和1.88 g双酚A在90℃磁力搅拌1.5小时得到均匀的芯溶液。控制环境温度为55 ℃，将壳溶液和芯溶液分别移至10 mL注射器的针管中，并将注射器固定于进样器上，将针管与同轴针头连接，同轴针头与高压直流电源的正极连接，包裹着铝箔的接收滚筒与连接高压直流电源的负极连接，调节接收滚筒与针头的距离为20 cm，调节壳溶液进样速率为1.5 mL/h，芯溶液的进样速率为0.4 mL/h，调节正压为28 kV，负压为-2 kV，即可在铝箔上收集到纳米智能纤维。
本发明实施例1制备的纳米智能纤维的扫描电镜照片见图1，将纳米智能纤维升温至38℃左右会变色，如图2所示，图2（a）为变色前、图2（b）为变色后，纤维从蓝色变为白色，降温后能回到原色。经测试，实施例1制备的纳米智能纤维的相变潜热为88.708 J/g，100次热循环试验后相变潜热为86.651 J/g（图 3），热稳定性强。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
