一种多功能复合纤维膜及其制备方法

本发明涉及功能纤维生产，尤其是涉及一种多功能复合纤维膜及其制备方法。背景技术：1、目前穿戴防护主要的功能分为阻燃、抗静电、防水透湿、防寒保暖、防紫外线辐射、磁屏蔽等性能。2、防紫外线辐射作为其中一个重要的指标，对于户外作业人员的防护起到至关重要的作用。紫外线(uv)指波长在可见光紫外端到x射线之间的电磁辐射，波长在100-400nm之间，它透过大气层到达地球表面，真正到达地面的大部分是紫外线a(uva)以及小部分的紫外线b(uvb)，过度暴露会引起皮肤癌、白内障以及免疫系统功能的降低，对人的皮肤造成不可逆转的伤害。在防护领域是一个重要的研究课题。3、通常，提高防护材料防紫外线性能采用的是在织物成型前对其进行复杂的后处理工作，使用一些紫外线吸收剂或者紫外线屏蔽剂通过吸尽法、涂层法、浸扎法赋予织物优异的防紫外性能。但是存在步骤复杂，功能材料分散性和稳定性差以及并不够绿色环保等问题。4、在户外极端天气的影响下，防护材料的多功能性显得至关重要。鲜见有防紫外产品兼具防水性能的纳米纤维的研究。聚氨酯具有机械强度高、化学稳定性好、耐水等优点，被广泛应用于防水透湿材料。聚酯型聚氨酯中，由于具有芳香环结构，具有较高的紫外线吸收能力。在多功能防护材料中具有很好的应用前景。纳米金刚石具有较宽禁带，可用于广泛吸收紫外线。由于纳米金刚石表面被sp2杂化碳包裹且粒径小易团聚，它的禁带带宽介于金刚石晶体与超分散纳米金刚石之间。已有研究表明，臭氧处理的超分散纳米金刚石禁带带隙为3.5ev，单晶金刚石则具有5.5ev的超宽禁带。同时，静电纺丝作为一种制备独特的纳米/微结构纤维膜的方法，制造纤维膜的工艺较为简单且原料的选择范围广，同时纳米纤维易于与多种功能性的无机纳米材料相结合，赋予纤维膜多功能性；薄膜的孔径和纤维粗细可以通过纺丝参数进行调节，使薄膜材料更加轻质、柔软，使其应用前景更加广泛，具有高效、相对环保节能的优势，为制备多功能的复合纤维膜应用于穿戴防护领域提供更好的基础。但由于其纺丝纤维直径较细，纤维膜的机械强度不高，限制了其进一步的应用发展。5、因此，实有必要设计一种多功能复合纤维膜及其制备方法，以克服上述问题。技术实现思路1、为了避免上述问题，提供了一种多功能复合纤维膜及其制备方法，该多功能复合纤维膜柔性可拉伸、抗紫外线兼具防水透气，性能优异，在穿戴防护领域具有良好的应用前景，在一定程度上解决现有技术中工艺复杂、静电纺丝纤维强度低、紫外线防护能力不足、功能性单一等问题。2、本发明提供的一种多功能复合纤维膜及其制备方法，包括：由0.1-1.6wt.％的纳米金刚石、16-20wt.％的聚氨酯、35-35.54wt.％的n,n-二甲基甲酰胺和43.72-44.38wt.％的丙酮制备而成。3、优选地，n,n-二甲基甲酰胺与丙酮的体积比为4:6。4、优选地，聚氨酯的含量为20wt.％。5、优选地，纳米金刚石的含量为1.6wt.％。6、优选地，纳米金刚石的粒径为50-200nm。7、优选地，制备而成的多功能复合纤维膜纳米纤维的直径为800-1200nm。8、一种多功能复合纤维膜的制备方法，包括如下步骤：9、步骤1，将纳米金刚石粉加入到n,n-二甲基甲酰胺中超声混合，得到溶液a，将聚氨酯和丙酮加入溶液a中在室温下搅拌均匀，得到纺丝前驱体溶液；通常情况下，将纳米金刚石粉加入到n,n-二甲基甲酰胺中超声0.5小时得到溶液a，将聚氨酯加入溶液a和丙酮的混合溶液中在室温下搅拌10小时以上得到纳米金刚石分散均匀的纺丝前驱体溶液；10、步骤2，在温度为25℃±5、湿度为45％±5的环境下，将纺丝前驱体溶液采用静电纺丝的方法制备得到纳米纤维；11、步骤3，对得到的纳米纤维进行烘干，得到纤维薄膜；12、上述步骤用于制备所述的多功能复合纤维膜。13、优选地，步骤2具体为：将纺丝前驱体溶液转移到纺丝用的微量注射器中，微量注射器上的纺丝针头与10-16kv的高压电源的负极相连，包裹着铝箔纸或离型纸的接收卷筒与地线相连，纺丝针头与接收滚筒的距离为16-20cm，微量注射器采用0.4-0.6ml/h的推进速度将纺丝前驱体溶液喷射到接收卷筒上，在铝箔纸或离型纸上收集得到纳米纤维。14、优选地，步骤3中的烘干温度为60-70℃，烘干时间10-14小时。15、纳米金刚石作为一种性能优异的碳材料，相对于碳纳米管、石墨烯等，具有价格相对低廉的优势；纳米金刚石具有较宽禁带，由于表面被sp2杂化碳包裹且粒径小易团聚，它的禁带带宽介于金刚石晶体(5.5ev)与超分散纳米金刚石(3.5ev)之间，可用于广泛吸收紫外线。除此之外，纳米金刚石不仅拥有金刚石优异的光学和热学性能，同时存在纳米材料的小尺寸效应，有丰富的比表面积和丰富可调节的表面化学基团以及生物相容性好等特性，控制纳米金刚石的粒径在150-250nm，能够很好的与在n,n-二甲基甲酰胺溶剂中分散，与聚氨酯溶液共混进行静电纺丝。从扫描电镜和透射电镜图片中可以看出纳米金刚石分布均匀，在增强了紫外线防护能力和纤维膜的防水性同时，也增强了聚氨酯复合纤维膜的力学性能。16、将纳米金刚石加入到聚氨酯溶液中利用静电纺丝技术制备的纤维膜可以克服现有技术力学强度不足且纤维紫外防护功能性单一的缺点。纳米金刚石的加入增强了纤维膜的抗紫外线性能、防水性能和力学性能。纳米金刚石利用n,n-二甲基甲酰胺作为分散溶剂，在通过静电纺丝制备的纳米纤维中均匀分布，进一步提高了复合纤维的力学强度。17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：18、1)利用静电纺丝技术将纳米金刚石负载在聚氨酯纤维中制备的复合纳米纤维具有优异的紫外线防护性能；19、2)在薄膜厚度为0.195-0.248nm的条件下，upf值最高可达10000以上，远超出国家标准gb/t18830-2009“纺织品防紫外线性能的评定”中极佳upf＝50+的评定标准；20、3)经纳米金刚石负载后的聚氨酯复合纤维膜的水接触角变大，防水性能有所提升，力学性能在一定程度上增强，所得到的复合纳米纤维综合性能优异；21、4)制备工艺流程简单，效果显著。技术特征：1.一种多功能复合纤维膜，其特征在于：0.1-1.6wt.％的纳米金刚石、16-20wt.％的聚氨酯、35-35.54wt.％的n,n-二甲基甲酰胺和43.72-44.38wt.％的丙酮制备而成。2.如权利要求1中所述的多功能复合纤维膜，其特征在于：n,n-二甲基甲酰胺与丙酮的体积比为4:6。3.如权利要求1中所述的多功能复合纤维膜，其特征在于：聚氨酯的含量为20wt.％。4.如权利要求1中所述的多功能复合纤维膜及其制备方法，其特征在于：纳米金刚石的含量为1.6wt.％。5.如权利要求1中所述的多功能复合纤维膜，其特征在于：纳米金刚石的粒径为50-200nm。6.如权利要求1中所述的多功能复合纤维膜，其特征在于：制备而成的多功能复合纤维膜纳米纤维的直径为800-1200nm。7.一种多功能复合纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：8.如权利要求7中所述的多功能复合纤维膜的制备方法，其特征在于：步骤2具体为：将纺丝前驱体溶液转移到纺丝用的微量注射器中，微量注射器上的纺丝针头与10-16kv的高压电源的负极相连，包裹着铝箔纸或离型纸的接收卷筒与地线相连，纺丝针头与接收滚筒的距离为16-20cm，微量注射器采用0.4-0.6ml/h的推进速度将纺丝前驱体溶液喷射到接收卷筒上，在铝箔纸或离型纸上收集得到纳米纤维。9.如权利要求7中所述的多功能复合纤维膜及其制备方法，其特征在于：步骤3中的烘干温度为60-70℃，烘干时间10-14小时。技术总结一种多功能复合纤维膜及其制备方法，其包括：由0.1‑1.6wt.％的纳米金刚石、16‑20wt.％的聚氨酯、35‑35.54wt.％的N,N‑二甲基甲酰胺和43.72‑44.38wt.％的丙酮制备而成。该多功能复合纤维膜柔性可拉伸、抗紫外线兼具防水性，性能优异，在穿戴防护领域具有良好的应用前景，在一定程度上解决现有技术中工艺复杂、静电纺丝纤维强度低、紫外线防护能力不足、功能性单一等问题。技术研发人员：李妍,张晶,郭珏受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）技术研发日：技术公布日：2024/7/23