本發(fā)明屬于納米多孔材料及功能纖維，涉及一種芳香族聚酰胺氣凝膠纖維，尤其涉及一種高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、2021年，國際頂級(jí)權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《science》第250期中，列出可以改變世界的十種新材料，氣凝膠獨(dú)占多項(xiàng)世界紀(jì)錄，位居十大新材料之首。氣凝膠基于極高的孔隙率、極低的密度、高比表面積和超高孔體積等獨(dú)特的特性在隔熱保溫、吸附分離、吸聲降噪等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。目前關(guān)于氣凝膠的研究主要集中在塊體或者膜狀材料，由于它們的脆弱性和再加工性差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了氣凝膠材料的發(fā)展。將氣凝膠制備成纖維狀，在保持其氣凝膠特性的同時(shí)，還賦予其纖維纖細(xì)柔長(zhǎng)的特性，這將進(jìn)一步拓寬氣凝膠材料的應(yīng)用領(lǐng)域。氣凝膠纖維具有易大規(guī)模制備、優(yōu)秀的柔韌性和可再加工性等優(yōu)勢(shì)，在可穿戴器件、柔性器件、保暖織物、智能織物和便攜式器件等領(lǐng)域具有不可小覷的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?，越來越多的研究人員將目光聚焦到氣凝膠纖維，尤其是芳香族聚酰胺氣凝膠纖維。

2、芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、超高的力學(xué)強(qiáng)度和低熱導(dǎo)率等優(yōu)勢(shì)，是目前最有可能走向?qū)嶋H應(yīng)用的氣凝膠纖維之一。氣凝膠纖維的回彈性是其在實(shí)際應(yīng)用中保障耐久性和循環(huán)使用穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。由于芳香族聚酰胺氣凝膠纖維高孔隙率和高柔軟度，在實(shí)際應(yīng)用中氣凝膠纖維容易受到擠壓或彎曲變形，比如作為保暖纖維或者智能織物等。然而目前方法制備的大多數(shù)芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的回彈性比較差。另外，由于芳香族聚酰胺結(jié)構(gòu)中大量酰胺鍵的存在，芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的表面潤濕性表現(xiàn)為親水性（水靜態(tài)接觸角約65°），導(dǎo)致其必須在干燥無水的環(huán)境中使用，否則氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)在常溫常壓下很容易吸水造成骨架收縮坍塌，比表面積逐漸減低，因此對(duì)芳綸納米氣凝膠纖維進(jìn)行表面疏水改性是其實(shí)際應(yīng)用中必要的一環(huán)。專利?cn110468461a報(bào)道了一種聚酰胺氣凝膠纖維，通過有機(jī)溶劑/強(qiáng)堿混合液長(zhǎng)時(shí)間溶解聚酰胺得到聚酰胺納米纖維，進(jìn)一步將其作為紡絲液通過紡絲技術(shù)和干燥技術(shù)得到一種聚酰胺氣凝膠纖維。專利cn?115522285?a報(bào)道了一種芳香族聚酰胺氣凝膠纖維，通過將芳香族聚酰胺高分子溶解在濃酸中得到芳香族聚酰胺分子溶液，然后通過濕法紡絲和干噴濕紡等工藝得到的芳香族聚酰胺濕凝膠纖維，最后對(duì)芳香族聚酰胺濕凝膠纖維進(jìn)行溶劑交換、特殊干燥得到芳香族聚酰胺氣凝膠纖維。以上兩個(gè)專利均未對(duì)氣凝膠纖維進(jìn)一步進(jìn)行退火處理，得到的氣凝膠纖維在外力作用下出現(xiàn)壓縮、彎曲、折疊等變形，在徑向加載-卸載后，外力消失后其無法回復(fù)100%原貌，容易在氣凝膠纖維的徑向發(fā)生不可逆形變阻礙其實(shí)際的應(yīng)用。另外專利cn?116815357?a報(bào)道的一種高性能聚合物纖維基氣凝膠纖維以及專利cn?114907609?a報(bào)道的一種超彈芳綸納米纖維氣凝膠中的均提到對(duì)氣凝膠的高溫處理，但是其中高溫處理對(duì)氣凝膠纖維的徑向回彈性的影響專利中均未說明，而且以上兩個(gè)專利均未進(jìn)一步對(duì)芳綸氣凝膠進(jìn)行表面疏水化處理，將導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中介孔結(jié)構(gòu)容易吸水坍塌且不耐水洗從而導(dǎo)致耐久性和循環(huán)使用穩(wěn)定性差，制備具有回彈性且表面疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維對(duì)其邁向?qū)嶋H應(yīng)用具有重要意義。

3、更重要的是，在本領(lǐng)域技術(shù)人員的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過熱退火處理的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維相比于未經(jīng)過退火處理的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維較難實(shí)現(xiàn)表面的疏水化，這主要是因?yàn)楦邷責(zé)崽幚硎狗枷阕寰埘０繁砻娴暮豕倌軋F(tuán)幾乎被去除，從而導(dǎo)致一些疏水改性劑很難通過化學(xué)或者物理作用與芳香族聚酰胺結(jié)合。綜上所述，制備具有回彈性且表面疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有一定的挑戰(zhàn)性，而且這種具有回彈性且表面疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維在實(shí)際應(yīng)用中具有不可忽略的必要性和重要性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維及其制備方法，以解決芳香族聚酰胺氣凝膠纖維由于其親水性，其多孔結(jié)構(gòu)在常溫常壓下很容易吸水造成骨架收縮坍塌等棘手問題。

2、本發(fā)明的另一目的還在于提供所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的應(yīng)用。

3、為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

4、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的制備方法，其包括：

5、以疏水改性劑對(duì)芳香族聚酰胺氣凝膠纖維進(jìn)行表面改性處理，制得改性芳香族聚酰胺氣凝膠纖維；

6、對(duì)所述改性芳香族聚酰胺氣凝膠纖維進(jìn)行退火處理，制得高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維。

7、在一些實(shí)施方案中，所述疏水改性劑包括氟碳樹脂、硅烷類化合物、硅烷類聚合物中任意一種或兩種以上的組合。

8、在一些實(shí)施方案中，所述退火處理的升溫速率為1℃/min~20℃/min，最高溫度保持在150~650℃，退火處理的時(shí)間為1min~10h，冷卻速率為1℃/min~20℃/min。

9、本發(fā)明實(shí)施例還提供了由前述制備方法制得的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維。

10、進(jìn)一步地，所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有高回彈性，其經(jīng)壓縮、彎曲、折疊變形后，能夠100%恢復(fù)，所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的徑向最大壓縮回彈極限為1?~?99%；所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的表面潤濕性表現(xiàn)為疏水性，且水的靜態(tài)接觸角為90°~160°。

11、本發(fā)明實(shí)施例還提供了所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維于智能織物、可穿戴設(shè)備、人體熱管理、環(huán)境治理、傳感、吸聲降噪、隔熱保溫或纖維絮片等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少包括：

13、1）本發(fā)明制備的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維相比于之前技術(shù)制備的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有優(yōu)異的回彈性和表面疏水性，在實(shí)現(xiàn)回彈性的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)表面的疏水化；

14、2）本發(fā)明提供的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有獨(dú)特的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、較低的熱導(dǎo)率、較高孔隙率、較高的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，具有優(yōu)異的骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐水洗性和自清潔能力，可以滿足實(shí)際應(yīng)用，如應(yīng)用于紡織等領(lǐng)域；

15、3）本發(fā)明提供的制備方法可以得到高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維，彌補(bǔ)了芳香族聚酰胺氣凝膠纖維研究中的空白，促進(jìn)了芳香族聚酰胺氣凝膠纖維在智能織物、可穿戴設(shè)備、隔熱保溫和纖維絮片等領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述疏水改性劑包括氟碳樹脂、硅烷類化合物的任意一種或兩種的組合；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述表面改性處理包括化學(xué)氣相沉積技術(shù)、冷等離子體處理技術(shù)、表面浸漬涂層技術(shù)中的任意一種或兩種以上的組合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述退火處理的升溫速率為1℃/min~20℃/min，最高溫度保持在150~650℃，退火處理的時(shí)間為1min~10h，冷卻速率為1℃/min~20℃/min；和/或，所述退火處理在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行，用于形成保護(hù)性氣氛的保護(hù)性氣體包括氮?dú)?、氬氣、氦氣和二氧化碳中的任意一種或兩種以上的組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述芳香族聚酰胺紡絲液包括由芳香族聚酰胺和濃硫酸組成的芳香族聚酰胺分子溶液；和/或，所述芳香族聚酰胺紡絲液包括由芳香族聚酰胺、有機(jī)溶劑和堿形成的均相的芳香族聚酰胺納米纖維分散液；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述紡絲技術(shù)包括凝膠紡絲技術(shù)、濕法紡絲技術(shù)、干法紡絲技術(shù)、干噴濕紡技術(shù)、干法冷凍紡絲技術(shù)、3d打印技術(shù)、模具成絲技術(shù)、同軸濕法紡絲技術(shù)、同軸3d打印技術(shù)、同軸干法冷凍紡絲技術(shù)中的任意一種或兩種以上的組合，優(yōu)選為濕法紡絲技術(shù)和/或同軸濕法紡絲技術(shù)；

8.?由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述制備方法制得的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維，所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有高回彈性，其經(jīng)壓縮、彎曲、折疊變形后，能夠100%恢復(fù)，所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的徑向最大壓縮回彈極限為1?~?99%；所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的表面潤濕性表現(xiàn)為疏水性，且水的靜態(tài)接觸角為90°~160°。

9.?根據(jù)權(quán)利要求8所述的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維，其特征在于：所述高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維的拉伸強(qiáng)度為0.1~300?mpa，斷裂伸長(zhǎng)率為1~80%；

10.權(quán)利要求8或9所述的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維于智能織物、可穿戴設(shè)備、人體熱管理、環(huán)境治理、傳感、吸聲降噪、隔熱保溫或纖維絮片領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維及其制備方法和應(yīng)用。所述制備方法包括：以疏水改性劑對(duì)芳香族聚酰胺氣凝膠纖維進(jìn)行表面改性處理，制得改性芳香族聚酰胺氣凝膠纖維；對(duì)所述改性芳香族聚酰胺氣凝膠纖維進(jìn)行退火處理，制得高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維。本發(fā)明制備的高回彈且疏水的芳香族聚酰胺氣凝膠纖維具有優(yōu)異的回彈性，經(jīng)壓縮、彎曲、折疊等變形后，纖維可100%回復(fù)；并且在實(shí)現(xiàn)回彈性的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)表面的疏水化，該芳香族聚酰胺氣凝膠纖維彌補(bǔ)了芳香族聚酰胺氣凝膠纖維研究中的空白，促進(jìn)了芳香族聚酰胺氣凝膠纖維在智能織物、可穿戴設(shè)備、隔熱保溫和纖維絮片等領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：張學(xué)同,李玉珍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6