基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维的制备方法与流程

本发明涉及光热材料和纺织领域，尤其涉及一种基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维制备方法。

背景技术：

1、人体热源包括内部新陈代谢和外界环境热辐射，环境热辐射中太阳光辐射占主导地位。而人体热量散失方式主要为热辐射、热对流、热传导和蒸发散热，其中热辐射散失占6成。因此充分利用太阳辐射产生能量和降低人体人热辐射是实现保暖的关键。

2、20世纪以来，高分子材料的发展催生了化学纤维的问世，改变了人类历史上将天然纤维作为唯一纺织原料的境况，为如今新性能、高性能、多性能的纺织纤维奠定了基础。化学纤维因其成本低、性能优异而具有广泛应用，除满足日常衣着、装饰品外，还在医疗、建筑、航天、军事、通讯、尖端科学等领域中扮演不可或缺的配套材料角色。即使早在1985年，化学纤维的产量也占到了纤维总量的45%。

3、光热材料用于布料纤维可以制备出吸收太阳辐射从而能量跃迁产生热，实现局部升温的功能纤维，其在服装、外部治疗、生物应用等领域均有广阔的应用前景。但目前报导的多数光热纤维都是运用干湿法纺丝或者静电纺丝的方法制备，其过程繁琐、安全系数低、产量较小，不适于大规模制备。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。

4、聚多巴胺在光热纤维领域广受欢迎，但其作为单独成分的光热转换效率不高，因此出现了许多基于聚多巴胺的复合和改性研究。比如中国专利cn111074539b公开的一种具有核壳结构光热转换材料的织物的制备方法，使用恒温震荡浸泡法将备聚多巴胺包覆硫化铜的壳核结构纳米粒子沉积到织物表面，洗涤干燥后得到光热转换织物。这种方法也是市面上广泛使用的后整理法，虽然成本低廉且效果显著，但持久性差，不耐水洗，其产生的废液还会对水体环境造成污染。

技术实现思路

1、针对现有方法和上述技术的不足，从拓宽光响应范围、提高光热转换效率和稳定性的目的出发，根据本发明的实施例，旨在提供一种基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维的制备方法，具备生产工艺简单、产量高、产品质量稳定等优点，具有制备光热功能织物的广阔市场前景。

2、根据实施例，本发明是通过以下技术路线实现的：一种基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维的制备方法，包括如下工艺步骤：

3、（1）按重量份将10-20份乙醇、300-400份去离子水、1-3份30%浓度的氨水配制成均匀混合溶液，加入1-5份盐酸多巴胺，室温下搅拌反应一夜，离心洗涤后称重，再次分散于去离子水中防止颗粒聚集，得到聚多巴胺原液a；

4、（2）按重量份将100-200份浓度80%以上的乙酸与2-3份石墨烯原料混合，加入0.02-0.1份氯化铁作为催化剂，调节温度70-110℃，转速500-1000 r/min，反应5-8 h，离心洗涤后加入5-10份非质子极性有机溶剂置换得到石墨烯悬浮液，在1000-2000 w超声处理1-4 h，烘干后得到改性石墨烯b；

5、（3）按重量份将2-3份石墨烯b分散在10份水中超声分散成均匀分散液，加入2-4份二水钨酸钠、1-2份碳酸铯、2-3份柠檬酸搅拌均匀，160-200℃水热反应4-6 h后自然冷却至室温，离心干燥得到改性石墨烯/铯钨青铜复合粉末c；

6、（4）取与聚多巴胺相同重量份的复合粉末c，加入原液a中，60-80℃反应4-6 h，离心洗涤后45℃干燥得到聚多巴胺基复合光热材料；

7、（5）将纤维源树脂和复合光热材料以95:5-99:1重量比喂入双螺杆挤压机熔融、混合、计量并挤出，经挤出机与纺丝箱体间的弯管送入熔体计量泵，定量地从多孔喷丝板的小孔挤出形成熔体细流；熔体细流进入甬道后在较低温度和冷却吹风环境下冷却、固化得到初生纤维，经上油、网络后卷绕成筒；卷绕丝经拉伸、热定型制得不同源树脂成品纤维。

8、优选地，本发明前述基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维的制备方法中，步骤（2）所述非质子极性有机溶剂具体为乙腈(ch3cn)、二甲基甲酰胺(dmf)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)、二甲基亚砜（dmso）、六甲基磷酰三胺(hmpa)中的一种。

9、优选地，本发明前述基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维的制备方法中，步骤（5）所述源树脂为适用于熔融纺丝的pa6、pa66、pet、pp、聚氨基甲酸酯中的一种。

10、优选地，本发明前述基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维的制备方法中，步骤（5）所述熔融温度为70-240℃、熔体细流挤出速度为50-150m/min、卷绕速度1000-3000m/min、侧吹风风速0.2-0.6 m/s、风温20-25℃、风湿60-75%，热定型温度110-220℃、时间30-50 min。

11、相对于现有技术，本发明针对目前聚多巴胺材料光热转化效率低的问题，提供了聚多巴胺负载go和铯钨青铜双成分的复合光热材料，本发明实施例所制备的光热功能纤维具备优异的光热转换性能和耐水洗稳定性，且其颜色对于后续染色无影响。本发明具有以下优点：

12、（1）本发明通过步骤简便的常温反应法自制聚多巴胺原液，控制了生产成本。

13、（2）本发明通过酸化和非质子极性置换加强了两种负载成分（石墨烯和铯钨青铜）之间的结合力，使自身具有黏性的聚多巴胺载体与负载成分之间结合力更强、分散更均匀。

14、（3）本发明技术为熔融纺丝，具备普适性高、产量大、质量稳定、功能成分融合性强等优势，有利于大规模生产，进一步降低成本的同时避免可能出现的产品问题。

15、（4）本发明光热纤维所制备的织物升温速度快、速率高且转换性能稳定，经测试，不同源树脂的纤维材料制备的织物样品20s内升温并稳定在60-75℃。

16、（5）本发明光热纤维使用不同的源树脂，成品纤维根据吸湿、弹性、强度、耐磨等机械性能参数差异不同，可以广泛应用于服装、关节理疗、家纺等不同领域，耐水洗性能优异，经50次水洗后性能无明显变化。

技术特征：

1.一种基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维的制备方法，其特征是，其特征在于，步骤（2）所述非质子极性有机溶剂具体为乙腈(ch3cn)、二甲基甲酰胺(dmf)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)、二甲基亚砜（dmso）和六甲基磷酰三胺(hmpa)中的一种。

3.根据权利要求1所述的基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述源树脂为适用于熔融纺丝的pa6、pa66、pet、pp和聚氨基甲酸酯中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述熔融温度为70-240℃、熔体细流挤出速度为50-150m/min、卷绕速度1000-3000m/min、侧吹风风速0.2-0.6 m/s、风温20-25℃、风湿60-75%，热定型温度110-220℃、时间30-50 min。

5.权利要求1-4任一项所述制备方法制得的基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维。

技术总结
本发明公开了一种基于熔融纺丝的聚多巴胺基复合光热纤维制备方法，包括：（1）制备聚多巴胺原液A；（2）制备酸化并耦合处理的改性石墨烯B；（3）制备改性石墨烯/铯钨青铜复合粉末C；（4）按相同重量比将C负载到A上制成聚多巴胺基复合光热材料；（5）制备源树脂不同的纤维成品。本发明方法制备的光热功能纤维具备优异的光热转换性能和耐水洗稳定性，且其颜色对于后续染色无影响。本发明基于设备简单的熔融纺丝技术，无需添加分散剂、沉淀剂，工艺流程短，是纺丝领域中常用的经济、方便、高效的成形方法，有利于后续大规模生产。

技术研发人员：王小雨,李佳怡
受保护的技术使用者：上海沪正实业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/17