本發(fā)明屬于新型材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種janus纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、纖維作為一類重要的材料，廣泛應(yīng)用于紡織、建筑、汽車、航空和醫(yī)療，在人類生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。而janus纖維是一類獨特的纖維，由兩個或多個在微米或納米尺度上彼此平行的獨立部分組成。通過將不同的材料和功能結(jié)合在一根纖維中，可實現(xiàn)原本無法實現(xiàn)的協(xié)同物理化學(xué)效應(yīng)和多功能性，在催化、傳感以及藥物遞送等各種應(yīng)用中均顯示出巨大且高度多樣化的潛力。

2、目前報道大多通過將各種材料(如功能性納米顆粒和催化劑)摻入janus纖維不同的側(cè)面來實現(xiàn)janus纖維的各向異性和多功能性，應(yīng)用于光催化劑載體以及抗菌應(yīng)用、組織工程和藥物遞送等生物領(lǐng)域。而單純的janus纖維網(wǎng)絡(luò)功能單一或只起到充當(dāng)載體的作用。

3、近年來刺激響應(yīng)變形的纖維受到了越來越多的關(guān)注，而janus纖維可憑借其獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在變形纖維中占據(jù)一席之地。在各種刺激響應(yīng)變形材料(例如凝膠、形狀記憶聚合物和介電彈性體)中，能夠?qū)崿F(xiàn)大型、可逆形狀變形的液晶彈性體(lce)被公認為最有前途的候選材料，在創(chuàng)建形狀變形模式方面具有多功能性。而動態(tài)共價鍵能夠在某些條件(如光、熱、ph值變化等)下可以實現(xiàn)鍵的斷裂與重構(gòu)，將動態(tài)共價鍵引入纖維能夠賦予纖維功能化和智能化。為此，本發(fā)明擬將液晶彈性體與含動態(tài)共價鍵的樹脂兩種材料整合到同一根纖維中，提出了兼具可逆變形和自修復(fù)性的janus纖維。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種janus纖維及其制備方法，成功將液晶彈性體和含動態(tài)共價鍵的樹脂兩種材料結(jié)合到同一根纖維中。

2、本發(fā)明首先提供了一種janus纖維的制備方法，其包括如下步驟：

3、1)將液晶單體、二硫醇交聯(lián)劑、第一催化劑和第一溶劑混合，對混合物洗滌、揮發(fā)溶劑后得到液晶低聚物；液晶低聚物中加入光引發(fā)劑和第二溶劑，真空揮發(fā)溶劑后得到液晶彈性體紡絲液；

4、2)將聚(四氫呋喃)二醇、甲苯-2,4-二異氰酸酯和第二催化劑混合反應(yīng)，隨后，加入二羥甲基丁酸繼續(xù)反應(yīng)；最后，通入2-(叔丁基氨基)乙基甲基丙烯酸酯再反應(yīng)后得產(chǎn)物，將產(chǎn)物與第三溶劑和光引發(fā)劑混合得到光敏樹脂紡絲液；

5、3)液晶彈性體紡絲液和光敏樹脂紡絲液分別倒入兩個料筒中，將兩種紡絲液同時進行擠出，兩種紡絲液經(jīng)紡絲頭擠出為一根纖維；對擠出的纖維進行紫外光固化，得到j(luò)anus纖維。

6、本發(fā)明還提供了一種所述方法制備得到的janus纖維。本發(fā)明得到的所述janus纖維的截面一側(cè)為液晶彈性體，另一側(cè)為含動態(tài)共價鍵的光敏樹脂；纖維兩側(cè)不同的材質(zhì)賦予了纖維可編程變形和自修復(fù)性，使得本發(fā)明的janus纖維在智能織物、智能可穿戴設(shè)備、軟機器人等領(lǐng)域具備應(yīng)用前景。

7、本發(fā)明進一步提供了一種實施所述方法的紡絲裝置，其包括：纖維擠出裝置和纖維收集裝置；

8、所述纖維擠出裝置包括第一料筒、第二料筒、供氣噴頭和紡絲頭，所述第一料筒用于儲存所述液晶彈性體紡絲液，所述第二料筒用于儲存所述光敏樹脂紡絲液；所述供氣噴頭用于相互獨立地控制所述第一料筒和第二料筒內(nèi)的氣壓，以使料筒內(nèi)儲存的物料在氣壓作用下被擠入紡絲頭；所述紡絲頭為兩個針頭呈60°夾角排列，兩個針頭的進料口分別連接第一料筒和第二料筒，所述紡絲頭只有一個出料口，用于將兩根纖維合股為單根纖維；

9、所述纖維收集裝置包括滾軸和光固化模塊，所述光固化模塊對纖維擠出裝置擠出的纖維進行紫外光固化，所述滾軸對光固化后的纖維進行收集。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果包括：

11、1、本發(fā)明所提供的制備方法工藝簡便，無需復(fù)雜的裝置，能允許連續(xù)、高速、溫和地制造janus纖維。

12、2.本發(fā)明所制備的janus纖維截面一側(cè)為液晶彈性體，另一側(cè)為含動態(tài)共價鍵的光敏樹脂；janus纖維兩側(cè)不同的材質(zhì)使得所制備的janus纖維具備可逆變形和自修復(fù)的功能。將本發(fā)明的janus纖維進行拉伸，回到初始長度時纖維發(fā)生卷繞形變，對卷繞形態(tài)的纖維加熱后纖維能恢復(fù)原狀。將發(fā)明的janus纖維斷成兩截，加熱后纖維可以原位自愈合，且熱修復(fù)后的纖維能承受一定強度的應(yīng)力。因此本發(fā)明的janus纖維應(yīng)用領(lǐng)域廣，應(yīng)用價值高。

技術(shù)特征：

1.一種janus纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述液晶單體為1,4-雙-[4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯(rm257)或1,4-雙-[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯(rm82)；所述二硫醇交聯(lián)劑為1,3-丙二硫醇、1,5-戊二硫醇、2,2′-(1,2-乙二基雙氧代)雙乙硫醇(dodt)中的一種或多種；所述第一催化劑為堿性催化劑，所述液晶單體與二硫醇交聯(lián)劑的質(zhì)量比為：(5～20):(1～5)；所述第一催化劑的用量為所述液晶單體的2～10wt％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一溶劑、第二溶劑和第三溶劑可以相同或不同，所述第一溶劑、第二溶劑和第三溶劑選自二氯甲烷、氯仿、甲苯、對二甲苯、乙二醇二乙酸酯中的一種或多種，所述第一溶劑、第二溶劑和第三溶劑的用量分別為各自混合物的30～60wt％、0.1～0.5wt％和30～60wt％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)和步驟2)中的光引發(fā)劑相同，其選自苯基雙(2，4，6-三甲基苯甲?；?氧化膦(irgacure?819)、2,2-二甲氧基-2-苯乙酮(irgacure?651)、2-羥基-2-甲基苯基丙酮(darocur?1173)中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述第二催化劑為二月桂酸丁酯(dbtdl)，第二催化劑加入量為混合物的0.1～0.5wt％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，聚(四氫呋喃)二醇和甲苯-2,4-二異氰酸酯的摩爾比為1:2～1:5；所述二羥甲基丁酸與甲苯-2,4-二異氰酸酯的摩爾比為1:2-1:10；2-(叔丁基氨基)乙基甲基丙烯酸酯和二羥甲基丁酸的摩爾比為1:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，以質(zhì)量百分比計，所述光敏樹脂紡絲液中，第三溶劑占比為30％～60wt％，光引發(fā)劑占比1wt％～5wt％，余量為步驟2)中反應(yīng)所得產(chǎn)物。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)進行紡絲時，調(diào)整紡絲頭與收集器的距離為10～30cm，采用氣壓推動的方式擠出兩個料筒中的物料，控制兩個料筒的氣壓分別為1.0～5.0mpa。

9.權(quán)利要求1-8任一項所述方法制備得到的janus纖維。

10.一種實施權(quán)利要求1-8任一項所述方法的紡絲裝置，其特征在于包括：纖維擠出裝置和纖維收集裝置；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種Janus纖維及其制備方法，屬于材料領(lǐng)域。本發(fā)明方法包括：分別制備液晶彈性體紡絲液和光敏樹脂紡絲液，然后采用具備3D打印Janus紡絲頭的紡絲裝置將液晶彈性體紡絲液和光敏樹脂紡絲液擠出形成單股纖維，纖維經(jīng)紫外光固化后，形成所述Janus纖維。本發(fā)明得到的所述Janus纖維的截面一側(cè)為液晶彈性體，另一側(cè)為含動態(tài)共價鍵的光敏樹脂；纖維兩側(cè)不同的材質(zhì)賦予了纖維可逆變形和自修復(fù)性，使得本發(fā)明的Janus纖維在智能織物、智能可穿戴設(shè)備、軟機器人等領(lǐng)域具備應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：吳柏衡,徐潔,劉俊秋,王欣欣
受保護的技術(shù)使用者：杭州師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30