一种光热转换纺织品、其制备方法及其应用

1.本发明涉及一种纺织品材料的制备方法及其应用，所制备的纺织品材料应用于光热转换应用技术领域。

背景技术：

2.随着人口的快速增长和环境的持续恶化，人类面临着越来越大的淡水资源压力，淡水危机一度成为和化石能源危机一样的世界性难题。有多种方法可以解决淡水资源短缺问题，但传统技术(如反渗透、多效蒸馏、电渗析、冷冻、废水处理等)存在处理工艺复杂、能耗高、成本高等问题。相较之下，近些年通过大规模太阳能蒸发获取淡化水的方式因其低成本、可持续性和环境友好性而被认为是理想路径。那么首要解决的就是高效光热转换材料的制备和实际应用性研究。在先前的探索中，研究者设计出的多种二维太阳能蒸发器在机械灵活性、低成本和可规模性生产、对多种蒸发系统的通用性方面已显示出优势，这其中pccf最具代表性。例如早前报道的一种织物，被用于包覆棉嵌入聚苯乙烯泡沫塑料的双层表面，构成一个垂直对称的蒸发器。该蒸发器可通过倒置策略自清洗，在长期的太阳蒸发过程中具有较高且稳定的蒸发速率。刘等人将一种亲水光热织物悬挂在空气中，并将织物的两个边缘分别浸入两个海水容器中，以集中织物内部的太阳热量，结果表明，这种方法获得了更高蒸发效率的同时，也解决了蒸发盐沉积的问题。然而至今，多数二维光热膜或织物的制备一般是通过涂布或共混，这些复合主要通过范德华力或氢键作用进行，通常存在功能单元在基材间难以分散且易脱落失效的缺陷，因而限制了其耐久性和大规模应用。为了避免这种风险，在基材和光热转换成分之间构建共价连接是一种最有效的方法，这成为急需解决的技术问题。

技术实现要素：

3.为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种光热转换纺织品、其制备方法及其应用，改性纺织品的直径尺寸在光热加载中可提供更多的汲水孔隙，加载功能单体为光能吸收提供很宽广的频谱，并且本发明通过接枝降低了高分子链之间的自由体积，使其形成致密的三维网络结构，在光热转化时充分发挥了空间协同的作用，提高功能单体的亲和力，实现了材料的高光热蒸发速率和光热转化效率。
4.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种光热转换纺织品的制备方法，包括下述步骤：
6.步骤(1)：将洗净的纺织品材料进行接枝聚合改性，得到携载中间单体的纺织品，备用；
7.步骤(2)：将接枝中间单体的纺织品进行原位氧化还原接枝改性，使功能单体与中间单体进行原位聚合反应，得到具有均匀单体分布结构的光热转换纺织品。
8.优选地，在所述步骤(1)中，所述纺织品材料为麻纱、府绸、尼龙、棉布、无纺布、牛津布中的至少一种。
9.优选地，在所述步骤(1)中，接枝聚合改性过程采用预辐照接枝聚合方法、共辐照接枝聚合方法和化学引发接枝聚合方法的任意一种方法；
10.优选地，接枝单体采用丙烯酸、丙烯腈、马来酸酐、苯乙烯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、氨基苯乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的任意一种或多种的混合。
11.优选地，在所述步骤(1)中，当采用预辐照接枝聚合方法或共辐照接枝聚合方法时，辐照源为钴源或电子束，吸收剂量为100～500kgy，接枝温度在30～70℃，接枝时间为1～24h；在反应物混合液中，单体浓度为10～50vol％。
12.优选地，在所述步骤(2)中，所述的功能单体为吡咯，苯胺，乙烯，乙炔和噻吩中的任意一种或多种的混合；控制反应温度为0～50℃，反应时间为24～72h，化学引发剂百分比浓度为10～30wt％。
13.优选地，在所述步骤(2)中，所述化学引发剂采用过硫酸铵、氯化铁、硫酸钠和过硫酸钾的任意一种或多种。
14.优选地，在所述步骤(2)中，功能单体和引发剂的摩尔比为3:7～7:4。
15.优选地，在所述步骤(2)中，将功能单体和引发剂的用注射器缓慢同时滴加到反应瓶中，控制加入速率为3～10ml/h的速率下持续反应10～50h，得到具有均匀功能单体的原位改性纺织品材料。
16.一种光热转换纺织品，利用本发明所述光热转换纺织品的制备方法制备而成，具有三维网络结构。
17.一种本发明所述光热转换纺织品的应用，使用光热转换纺织品材料，利用材料光热转换界面对含盐水体进行蒸发处理，实现海水、卤水淡化；在光热转换过程中，光热转换纺织品受太阳光光照后，在光热转换纺织品表面发生光热转换，从而引发液态水向上蒸发和逃逸，实现盐水淡化；所述具有均匀单体分布的光热转换纺织品在盐湖卤水中的蒸发速率不低于0.65kg
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·
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，在海水中的蒸发速率不低于0.77kg
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。
18.进一步优选所述光热转换纺织品在盐湖卤水、海水中的蒸发速率分别至少为1.37kg
·
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、1.35kg
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。
19.本发明光热转换纺织品在含盐水体淡化中的应用，所述光热转换纺织品用于盐湖卤水和海水中光热转换；利用所述光热转换纺织品进行光热转换时，采用的纺织品纤维具有均匀的聚合物功能单体，两步新型接枝路线，成功地在棉织物上实现功能聚合物颗粒构建，材料形貌结构高度可控的操作，进一步优选用于光热性能测试和筛选。
20.本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
21.1.本发明通过辐射接枝和氧化还原接枝两步反应在纺织品基材上成功引入功能基团。通过电镜微观形貌观察，发现利用两步新型接枝路线可以成功地在高分子棉织物上实现功能聚合物颗粒构建和材料形貌调控，进一步用于光热性能测试。改性过程中纺织物仍保持了完整的织态结构和主链的热稳定性，可应用于实际光热应用乃至工业生产等复杂环境；
22.2.本发明纺织品两步接枝能够进一步降低分子链自由体积，使其形成致密的三维网络结构，且制备的材料具有均匀单体结构，大比表面积和高孔隙率的优点；改性纺织品的直径尺寸在光热加载中可以提供更多的汲水孔隙；另外根据本发明的制备方法，不仅所涉及的装置简单、成本低廉、工艺可控，而且所制备的材料在光热转化时充分发挥了空间协同
的作用，对在光热应用和海水淡化中的应用具有重要的意义；
23.3.本发明方法简单易行，成本低，适合推广使用。
附图说明
24.图1为本发明实施例一的材料和产品的微观照片。其中，图a为纺织品扫描电子显微图；图b为纺织品接枝聚合中间单体扫描电子显微图；图c为本发明纺织品原位氧化还原改性扫描电子显微图。
具体实施方式
25.本发明的制备方法以纺织品为基材，辐照引发接枝聚合技术和原位氧化还原聚合技术对纺织品进行功能化改性，制备得到材料具有均匀功能单体结构。改性纺织品的直径尺寸在光热加载中可以提供更多的汲水孔隙，并且本发明通过接枝降低了高分子链之间的自由体积，使其形成致密的三维网络结构，在光热转化时充分发挥了空间协同的作用，提高功能单体吸收光的频率，实现了材料的高光热转化效率。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。本发明所用试剂和原料均市售可得。
26.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
27.以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
28.实施例1
29.在本实施例中，一种光热转换纺织品的制备方法，包括下述步骤：
30.取适量棉布洗净烘干以除去棉布表面杂质，将洗净得到的材料置于质量百分比浓度为5％的氨基苯乙烯溶液中，并在钴源下辐照17h，吸收剂量为300kgy；
31.随后将接枝的高分子纺织品进行原位氧化还原聚合反应，配制ph＝1.6的盐酸溶液，将材料完全浸没在其中，后将反应瓶置入0℃水浴。在持续搅拌下将50ml的苯胺水溶液和50ml与苯胺水溶液同等浓度的过硫酸铵水溶液引发液用注射器缓慢同时滴加到反应瓶中，控制加入速率为10ml/h的速率下持续反应24h，得到具有均匀聚苯胺单体的原位改性纺织品材料。
32.实验测试分析：
33.对本实施例纺织品、纺织品接枝聚合中间单体和光热转换纺织品进行微观观察，图1为本发明实施例一的材料和产品的微观照片。其中，图a为纺织品扫描电子显微图；图b为纺织品接枝聚合中间单体扫描电子显微图；图c为本发明纺织品原位氧化还原改性扫描电子显微图。本实施例通过辐射接枝和氧化还原接枝两步反应在纺织品基材上成功引入功能基团。通过电镜微观形貌观察，发现利用两步新型接枝路线可成功地在高分子棉织物上实现功能聚合物颗粒构建和材料形貌调控，进一步用于光热性能测试。改性过程中纺织物仍保持了完整的织态结构和主链的热稳定性，可应用于实际光热应用乃至工业生产等复杂环境。本实施例纺织品两步接枝能够进一步降低分子链自由体积，使其形成致密的三维网络结构，且制备的材料具有均匀单体结构，大比表面积和高孔隙率的优点。改性纺织品的直径尺寸在光热加载中可以提供更多的汲水孔隙。
34.本实施例具有功能单体的改性纺织品制备方法及其在海水淡化中的应用，用接枝聚合法将中间单体接枝在纺织品基材上；通过原位氧化还原改性，使功能单体与中间单体进行原位聚合反应，得到具有功能结构的高效光热转换纺织品。本实施例制备方法简单，成本低廉，工艺可控，且制备的材料单体在基材上分布均匀，表面积大，孔隙率高。改性纺织品的纤维直径微米级尺寸在光热转换水蒸发过程中可以提供更多的汲水孔隙，并且本实施例通过接枝降低了高分子链之间的自由体积，使其形成致密的三维网络结构，在光热转化时充分发挥了空间协同的作用，提高功能单体吸收光的频率，实现了材料的高光热转化效率。
35.实施例2
36.本实施例与实施例1基本相同，特别之处在于：
37.在本实施例中，一种光热转换纺织品的制备方法，包括下述步骤：
38.取适量麻纱洗净烘干以除去麻纱表面杂质，将洗净得到的材料置于质量百分比浓度为3％的丙烯酸溶液中，并在钴源下辐照12h，吸收剂量为200kgy；
39.随后将接枝的高分子纺织品进行原位氧化还原聚合反应，配制ph＝1.1的盐酸溶液，将材料完全浸没在其中，后将反应瓶置入10℃水浴；在持续搅拌下将40ml吡咯水溶液和60ml与吡咯水溶液同等浓度的氯化铁水溶液引发液用注射器缓慢同时滴加到反应瓶中，控制加入速率为5ml/h的速率下持续反应12h，得到具有均匀聚吡咯单体的原位改性纺织品材料。
40.实施例3
41.本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
42.在本实施例中，一种光热转换纺织品的制备方法，包括下述步骤：
43.取适量府绸洗净烘干以除去府绸表面杂质，将洗净得到的材料置于质量百分比浓度为6％的丙烯腈溶液中，并在电子束下辐照1h，吸收剂量为100kgy；
44.随后将接枝的高分子纺织品进行原位氧化还原聚合反应，配制ph＝1.2的盐酸溶液，将材料完全浸没在其中，后将反应瓶置入20℃水浴；在持续搅拌下将30ml乙烯水溶液和70ml与乙烯水溶液同等浓度的硫酸钠水溶液引发液用注射器缓慢同时滴加到反应瓶中，控制加入速率为7ml/h的速率下持续反应30h，得到具有均匀聚乙烯单体的原位改性纺织品材料。
45.实施例4
46.在本实施例中，一种光热转换纺织品的制备方法，包括下述步骤：
47.取适量尼龙洗净烘干以除去尼龙表面杂质，将洗净得到的材料置于质量百分比浓度为7％的马来酸酐溶液中，并在电子束下辐照5h，吸收剂量为150kgy；
48.随后将接枝的高分子纺织品进行原位氧化还原聚合反应，配制ph＝1.4的盐酸溶液，将材料完全浸没在其中，后将反应瓶置入25℃水浴；在持续搅拌下将40ml乙炔水溶液和70ml与乙炔水溶液同等浓度的硫酸钠水溶液引发液用注射器缓慢同时滴加到反应瓶中，控制加入速率为3ml/h的速率下持续反应48h，得到具有均匀聚乙炔单体的原位改性纺织品材料。
49.实施例5
50.在本实施例中，一种光热转换纺织品的制备方法，包括下述步骤：
51.取适量无纺布洗净烘干以除去无纺布表面杂质，将洗净得到的材料置于质量百分
比浓度为6％的苯乙烯溶液中，并在钴源下辐照20h，吸收剂量为350kgy；
52.随后将接枝的高分子纺织品进行原位氧化还原聚合反应，配制ph＝1.8的盐酸溶液，将材料完全浸没在其中，后将反应瓶置入35℃水浴；在持续搅拌下将70ml噻吩水溶液和50ml与噻吩水溶液同等浓度的过硫酸钾水溶液引发液用注射器缓慢同时滴加到反应瓶中，控制加入速率为8ml/h的速率下持续反应50h，得到具有均匀聚噻吩单体的原位改性纺织品材料。
53.实施例6
54.在本实施例中，一种光热转换纺织品的制备方法，包括下述步骤：
55.取适量牛津布洗净烘干以除去牛津布表面杂质，将洗净得到的材料置于质量百分比浓度为7％的丙烯酸羟乙酯溶液中，并在电子束下辐照3h，吸收剂量为130kgy；
56.随后将接枝的高分子纺织品进行原位氧化还原聚合反应，配制ph＝1.1的盐酸溶液，将材料完全浸没在其中，后将反应瓶置入30℃水浴；在持续搅拌下将30ml乙烯水溶液和30ml与乙烯水溶液同等浓度的氯化铁水溶液引发液用注射器缓慢同时滴加到反应瓶中，控制加入速率为8ml/h的速率下持续反应35h，得到具有均匀聚乙烯单体的原位改性纺织品材料。
57.实施例7
58.在本实施例中，一种光热转换纺织品的制备方法，包括下述步骤：
59.取适量尼龙洗净烘干以除去尼龙表面杂质，将洗净得到的材料置于质量百分比浓度为3％的甲基丙烯酸羟乙酯溶液中，并在钴源下辐照20h，吸收剂量为350kgy。
60.随后将接枝的高分子纺织品进行原位氧化还原聚合反应，配制ph＝1.5的盐酸溶液，将材料完全浸没在其中，后将反应瓶置入10℃水浴；在持续搅拌下将70ml吡咯水溶液和40ml与吡咯水溶液同等浓度的硫酸钠水溶液引发液用注射器缓慢同时滴加到反应瓶中，控制加入速率为4ml/h的速率下持续反应30h，得到具有均匀聚吡咯单体的原位改性纺织品材料。
61.实施例8
62.在本实施例中，一种光热转换纺织品的制备方法，包括下述步骤：
63.取适量麻纱洗净烘干以除去麻纱表面杂质，将洗净得到的材料置于质量百分比浓度为10％的甲基丙烯酸缩水甘油酯溶液中，并在电子束下辐照7h，吸收剂量为200kgy；
64.随后将接枝的高分子纺织品进行原位氧化还原聚合反应，配制ph＝1.2的盐酸溶液，将材料完全浸没在其中，后将反应瓶置入40℃水浴；在持续搅拌下将30ml噻吩水溶液和40ml与噻吩水溶液同等浓度的过硫酸铵水溶液引发液用注射器缓慢同时滴加到反应瓶中，控制加入速率为6ml/h的速率下持续反应36h，得到具有均匀聚噻吩单体的原位改性纺织品材料。
65.实施例9
66.在本实施例中，一种光热转换纺织品在海水淡化中的应用，所述光热转换纺织品采用上述实施例1-8所述光热转换纺织品的制备方法制备而成，用于盐湖卤水、海水中光热转化；利用所述光热转换纺织品作为光热材料进行光热转化时，采用的光热纺织品材料具有均匀的功能单体结构。
67.将上述实施例1-8的光热转换纺织品投入盐湖卤水中进行光热转化测试，其中投
入材料质量为0.4g，室温下进行光热转化测试1h，计算水蒸发速率，结果如表1所示。
68.表1.本发明实施例1-8具有功能单体的改性纺织品在盐湖卤水中水蒸发速率表(kg
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·
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)
[0069][0070]
实施例10
[0071]
将上述实施例1-8的光热转换纺织品投入海水中进行光热转化测试，其中投入材料质量为0.4g，室温下进行光热转化测试1h，计算水蒸发速率，结果如表2所示。
[0072]
表2.本发明实施例1-8具有功能单体的改性纺织品在海水中水蒸发速率表(kg
·
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)
[0073][0074]
综上所述，本发明上述实施例光热转换纺织品制备方法及其在海水淡化中的应用，将纺织品放入溶剂中去除纺织品中的杂质；再用接枝聚合法将中间单体接枝在纺织品主链上；最后通过原位氧化还原改性，使功能单体与中间单体进行原位聚合反应，得到具有均匀单体结构的高效光热转换纺织品。本发明上述实施例制备的高分子纺织品的方法不仅涉及的装置简单、成本低廉、工艺可控，而且制备的材料具有均匀的单体结构，大比表面积和高孔隙率的优点。通过两步接枝技术，进一步降低了高分子链之间的自由体积，使其形成一种致密的三维网络结构，在光热转化中充分发挥了空间协同的作用，实现了材料的高光热转化效率。
[0075]
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种光热转换纺织品的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤(1)：将洗净的纺织品材料进行接枝聚合改性，得到携载中间单体的纺织品，备用；步骤(2)：将接枝中间单体的纺织品进行原位氧化还原接枝改性，使功能单体与中间单体进行原位聚合反应，得到具有均匀单体分布结构的光热转换纺织品。2.根据权利要求1所述光热转换纺织品的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述纺织品材料为麻纱、府绸、尼龙、棉布、无纺布、牛津布中的至少一种。3.根据权利要求1所述光热转换纺织品的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，接枝聚合改性过程采用预辐照接枝聚合方法、共辐照接枝聚合方法和化学引发接枝聚合方法的任意一种方法；接枝单体采用丙烯酸、丙烯腈、马来酸酐、苯乙烯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、氨基苯乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的任意一种或多种的混合。4.根据权利要求1所述光热转换纺织品的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，当采用预辐照接枝聚合方法或共辐照接枝聚合方法时，辐照源为钴源或电子束，吸收剂量为100～500kgy，接枝温度在30～70℃，接枝时间为1～24h；在反应物混合液中，单体浓度为10～50vol％。5.根据权利要求1所述光热转换纺织品的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，所述的功能单体为吡咯，苯胺，乙烯，乙炔和噻吩中的任意一种或多种的混合；控制反应温度为0～50℃，反应时间为24～72h，化学引发剂百分比浓度为10～30wt％。6.根据权利要求5所述光热转换纺织品的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，所述化学引发剂采用过硫酸铵、氯化铁、硫酸钠和过硫酸钾的任意一种或多种。7.根据权利要求1所述光热转换纺织品的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，功能单体和引发剂的摩尔比为3:7～7:4。8.据权利要求1所述光热转换纺织品的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，将功能单体和引发剂的用注射器缓慢同时滴加到反应瓶中，控制加入速率为3～10ml/h的速率下持续反应10～50h，得到具有均匀功能单体的原位改性纺织品材料。9.一种光热转换纺织品，其特征在于：利用权利要求1所述光热转换纺织品的制备方法制备而成，具有三维网络结构。10.一种权利要求9所述光热转换纺织品的应用，其特征在于：使用光热转换纺织品材料，利用材料光热转换界面对含盐水体进行蒸发处理，实现海水、卤水淡化；在光热转换过程中，光热转换纺织品受太阳光光照后，在光热转换纺织品表面发生光热转换，从而引发液态水向上蒸发和逃逸，实现盐水淡化；所述具有均匀单体分布的光热转换纺织品在盐湖卤水中的蒸发速率不低于0.65kg
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，在海水中的蒸发速率不低于0.77kg
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m-2
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h-1
。

技术总结

本发明公开了一种光热转换纺织品、其制备方法及其应用，本发明具有功能单体的改性纺织品，用接枝聚合法将中间单体接枝在纺织品基材上；通过原位氧化还原改性，使功能单体与中间单体进行原位聚合反应，得到具有功能结构的高效光热转换纺织品。本发明制备方法简单，成本低廉，工艺可控，且制备的材料单体在基材上分布均匀，表面积大，孔隙率高。改性纺织品的纤维直径微米级尺寸在光热转换水蒸发过程中可提供更多的汲水孔隙，并且本发明通过接枝降低了高分子链之间的自由体积，使其形成致密的三维网络结构，在光热转化时充分发挥了空间协同的作用，提高功能单体吸收光的频率，实现了材料的高光热转化效率。的高光热转化效率。的高光热转化效率。