一種相變共混纖維及其製造方法

2023-05-12 01:49:06

一種相變共混纖維及其製造方法
【專利摘要】一種相變共混纖維及其製備方法。紡絲原液中包括如下組分（按重量計）：相變物質、絲蛋白、水溶性物質、高分子聚合物、聚賴氨酸。其中水溶性物質為纖維素和甲殼素所組成，重量份比為10-14:3-6，纖維素為天然纖維素；高分子聚合物為聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯中的一種或組合；所述纖維的主要性能：相變溫度為35-55℃吸溼率15%-17%溼斷裂伸長率為64.8%-70.2%，蛋白質含量約為10-25%。本發明製得的纖維具有良好的乾濕強度、吸溼性和服用穿著性。
【專利說明】一種相變共混纖維及其製造方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種相變共混纖維及其製造方法，屬於相變材料紡絲製備和應用領域。

【背景技術】
[0002]相變纖維是利用物質相變過程中釋放或吸收潛熱、溫度保持不變的特性開發出來的一種蓄熱調溫功能纖維。相變即表現在氣、固、液三態的變化以及結晶、晶型轉烴、晶體熔融等物理過程，伴隨著分子聚集態結構的變化，將PCM加入到纖維中，利用其固一液、固—固態的相變，在不同環境溫度下表現出不同的吸、放熱功能，並且保持溫度相對恆定的特性，製得相變纖維。PCM有無機、有機、複合之分。
[0003]目前，相變儲能材料(PCMs)已經成功的應用到被動式太陽房、節能建築、空調系統、廢熱回收、調溫纖維與紡織品等領域。VigO等人自80年代中期開始將中空纖維浸潰在聚乙二醇PEG或塑晶材料的溶液或熔體中，使聚乙二醇或塑晶進入纖維內部，得到40-60°C相變纖維。這種纖維的內徑較大，相變物質殘留在纖維表面，因此，使用耐久性較差。目前已經商用化的微膠囊包覆相變材料或粉末。
[0004]近年來，通過靜電紡絲方法製備複合相變纖維的研究也略有報導。McCann等首先報導了通過同軸靜電紡絲方法製備了以長鏈烴為芯層，以Ti02-PVP為皮層的超細複合相變纖維。陳長中等報導了靜電紡PEG/CA儲能調溫超細複合纖維的製備，並研究了紡絲溶液中不同PEG含量和分子量對複合纖維的形態和熱學性能的影響。但同時具有良好的服用舒適性和相變性能的纖維或織物還缺乏相關成熟可產業化的技術。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供一種相變共混纖維，具有良好的乾濕強度、吸溼性和服用穿著性。
[0006]本發明的上述目的通過如下技術方案予以實現:
一種相變共混纖維，其特徵在於紡絲原液中含有相變物質為石蠟烴、多元醇類。
[0007]—種如前所述纖維，其特徵在於紡絲原液中包括如下組分(按重量計):
相變物質1-8份
絲蛋白 6-9份水溶性物質750-990份高分子聚合物30-60份聚賴氨酸10-15份
其中水溶性物質為纖維素和甲殼素所組成，重量份比為10-14:3-6，纖維素為天然纖維素；高分子聚合物為聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯中的一種或組合；聚賴氨酸的聚合度為25-30，其分子量為3780-4290 ；
所述纖維的主要性能: 相變溫度為35-55°C，吸溼率15%-17%，溼斷裂伸長率為64.8%_70.2%，蛋白質含量約為10-25%。
[0008]一種如前所述纖維，其特徵在於天然纖維素聚合度為800-2000，a_纖維素含量>96%，聚乙烯醇或聚丙烯腈為均聚物或共聚物，其分子量為42000-90000。
[0009]一種如前所述纖維的製造方法，包括如下步驟:
1.配置溶液A
將絲蛋白直接溶解在磷酸/甲酸的混合溶劑內，磷酸/甲酸重量比例為50 / 80-30 /70，攪拌均勻製備成溶液A ;
2.配置溶液B
①在室溫下，甲殼素經氫氧化鈉水溶液鹼化3小時生成鹼甲殼素，壓幹後與CS2在0-30°C反應生成甲殼素磺酸酯，其中甲殼素、氫氧化鈉和CS2的重量比為1:1:2 ；
②在室溫下，棉漿柏經氫氧化鈉水溶液鹼化生成鹼纖維素，壓幹後在室溫下老化6-8小時，再與CS2反應0.5-2小時生成纖維素磺酸酯，其中棉漿柏與氫氧化鈉水溶液的重量比為 0.1—0.8:3—10 ；
③將所述甲殼素磺酸酯、纖維素磺酸酯、氫氧化鈉和水進行共混，攪拌30-60分鐘，力口入高分子聚合物、聚賴氨酸進行混合，得到溶液B ；
3.配置溶液C
將相變物質溶解在酮、有機酸或DMSO有機溶劑中，攪拌均勻，重量濃度為3-20%，製成溶液C;
4.混合溶液
將溶液A、B、C混合在室溫下用磁力攪拌器攪拌均勻，經過濾、脫泡製成紡絲溶液；
5.靜電紡絲
將配製好的紡絲溶液液裝入帶針頭的20-25mL的注射器中，用覆蓋著鋁箔的滾筒作為接收裝置，滾筒的轉速為100-150r/min，噴絲頭到滾筒的接收距離固定在7-18cm，紡絲溶液的餵給速率為2-4mL/h，紡絲電壓為10-16kV ;在室溫條件下，將製備好的纖維氈放在真空乾燥箱中乾燥12_24h以去除殘留的溶劑。
[0010]所述相變物質為石蠟烴、多元醇類，例如聚乙二醇(PEG)、季戊四醇、新戊二醇或戊丙二醇等。
[0011]採用重量比例為50 / 80-30 / 70的磷酸/甲酸混合溶液作為溶劑溶解絲蛋白能夠很好的保障溶液的濃度和穩定性，使得製成的纖維具有理想的形態結構和結晶結構，有著良好的力學性能。採用特定工藝參數的靜電紡絲能夠穩定的保存相變物質的相變性能，從而使得共混纖維相變性能持久而穩定。
[0012]本發明所提供的共混纖維及其製備工藝，與現有技術相比具有如下優勢:
1)本發明所製得的纖維比通常的相變纖維具有更優異的柔韌性能和強度，其在吸溼性、乾濕斷裂強度、乾濕斷裂伸長率顯著優於現有技術所製得的相變共混纖維。本發明克服了相變共混纖維的生產工藝困難，生產出兼具蛋白質纖維及相變材料特性的纖維；
2)本發明原料明確，環境友好性高，具有很好的可紡性，適合產業化。
[0013]實施例:
下面通過實施例對本發明進行具體描述，但必須指出實施例只是對發明的進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制。
[0014]測試方法
採用Nicolet iS10傅立葉紅外變換光譜儀(賽默飛世爾科技中國有限公司)對纖維進行紅外光譜分析，KBr壓片，波數範圍為400?4000CHT1 ;採用SU1510掃描電子顯微鏡(日本日立公司)對靜電紡相變複合纖維的形貌結構進行表徵；採用DSC Q200差示掃描量熱儀(沃特世科技上海有限公司)分析複合相變纖維的相變溫度和相變焓值，測試樣品的質量約為5mg，掃描溫度範圍為(Tl00°C，掃描速率為8°C /min，氮氣流量為50mL/min。
[0015]實施例1
配置紡絲溶液，其中包括如下組分:
相變物質8份絲蛋白 9份水溶性物質750份高分子聚合物60份聚賴氨酸10份
其中水溶性物質為纖維素和甲殼素所組成，重量份比為10: 6，纖維素為天然纖維素；高分子聚合物為聚乙烯醇；聚賴氨酸的聚合度為25，其分子量為3780 ；
具體步驟如下:
1.配置溶液A
將絲蛋白直接溶解在磷酸/甲酸的混合溶劑內，磷酸/甲酸重量比例為50:70，攪拌均勻製備成溶液A ;
2.配置溶液B
①在室溫下，甲殼素經氫氧化鈉水溶液鹼化3小時生成鹼甲殼素，壓幹後與CS2在0-30°C反應生成甲殼素磺酸酯，其中甲殼素、氫氧化鈉和CS2的重量比為1:1:2 ；
②在室溫下，棉漿柏經氫氧化鈉水溶液鹼化生成鹼纖維素，壓幹後在室溫下老化6-8小時，再與CS2反應0.5-2小時生成纖維素磺酸酯，其中棉漿柏與氫氧化鈉水溶液的重量比為 0.8:3 ;
③將所述甲殼素磺酸酯、纖維素磺酸酯、氫氧化鈉和水進行共混，攪拌60分鐘，加入高分子聚合物、聚賴氨酸進行混合，得到溶液B ；
3.配置溶液C
將相變物質石蠟烴溶解在甲基乙基酮有機溶劑中，攪拌均勻，濃度為3-20%，製成溶液
C；
4.混合溶液
將溶液A、B、C混合在室溫下用磁力攪拌器攪拌均勻，經過濾、脫泡製成紡絲溶液；
5.靜電紡絲
將配製好的紡絲溶液液裝入帶針頭的20mL的注射器中，用覆蓋著鋁箔的滾筒作為接收裝置，滾筒的轉速為150r/min，噴絲頭到滾筒的接收距離固定在7cm，紡絲溶液的餵給速率為4mL/h，紡絲電壓為1kV ;在室溫條件下，將製備好的纖維氈放在真空乾燥箱中乾燥12-24h以去除殘留的溶劑。
[0016]實施例2配置紡絲溶液，其中包括如下組分:
相變物質5份絲蛋白 7份水溶性物質800份高分子聚合物30份聚賴氨酸10份
其中水溶性物質為纖維素和甲殼素所組成，重量份比為12:5，纖維素為天然纖維素；高分子聚合物為聚醋酸乙烯；聚賴氨酸的聚合度為28，其分子量為4000 ；
具體步驟如下:
1.配置溶液A
將絲蛋白直接溶解在磷酸/甲酸的混合溶劑內，磷酸/甲酸重量比例為80:30，攪拌均勻製備成溶液A ;
2.配置溶液B
①在室溫下，甲殼素經氫氧化鈉水溶液鹼化3小時生成鹼甲殼素，壓幹後與CS2在0-30°C反應生成甲殼素磺酸酯，其中甲殼素、氫氧化鈉和CS2的重量比為1:1:2 ；
②在室溫下，棉漿柏經氫氧化鈉水溶液鹼化生成鹼纖維素，壓幹後在室溫下老化6-8小時，再與CS2反應0.5-2小時生成纖維素磺酸酯，其中棉漿柏與氫氧化鈉水溶液的重量比為 0.6:7 ;
③將所述甲殼素磺酸酯、纖維素磺酸酯、氫氧化鈉和水進行共混，攪拌30-60分鐘，加入高分子聚合物、聚賴氨酸進行混合，得到溶液B ；
3.配置溶液C
將相變物質多元醇類溶解在DMSO有機溶劑中，攪拌均勻，濃度為3-20%，製成溶液C ；
4.混合溶液
將溶液A、B、C混合在室溫下用磁力攪拌器攪拌均勻，經過濾、脫泡製成紡絲溶液；
5.靜電紡絲
將配製好的紡絲溶液液裝入帶針頭的20-25mL的注射器中，用覆蓋著鋁箔的滾筒作為接收裝置，滾筒的轉速為100-150r/min，噴絲頭到滾筒的接收距離固定在7-18cm，紡絲溶液的餵給速率為2-4mL/h，紡絲電壓為10-16kV ;在室溫條件下，將製備好的纖維氈放在真空乾燥箱中乾燥12_24h以去除殘留的溶劑。
[0017]比較例
將聚丙烯腈中空纖維浸潰在PEG或塑晶材料的溶液或熔體中，使聚乙二醇或塑晶進入纖維內部，得到相變纖維。
[0018]實駘結果

【權利要求】
1.一種相變共混纖維，其特徵在於紡絲原液中含有相變物質為石蠟烴、多元醇類。
2.一種如權利要求1所述纖維，其特徵在於紡絲原液中包括如下組分(按重量計): 相變物質1-8份 絲蛋白 6-9份 水溶性物質750-990份 高分子聚合物30-60份 聚賴氨酸10-15份 其中水溶性物質為纖維素和甲殼素所組成，重量份比為10-14:3-6，纖維素為天然纖維素；高分子聚合物為聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯中的一種或組合；聚賴氨酸的聚合度為25-30，其分子量為3780-4290 ； 所述纖維的主要性能: 相變溫度為35-55°C，吸溼率15%-17%，溼斷裂伸長率為64.8%_70.2%。
3.—種如權利要求2所述纖維，其特徵在於天然纖維素聚合度為800-2000，a-纖維素含量>96%，聚乙烯醇或聚丙烯腈為均聚物或共聚物，其分子量為42000-90000。
4.一種如上所述纖維的製造方法，包括如下步驟: 1.配置溶液A 將絲蛋白直接溶解在磷酸/甲酸的混合溶劑內，磷酸/甲酸重量比例為50 / 80-30 /70，攪拌均勻製備成溶液A ; 2.配置溶液B ①在室溫下，甲殼素經氫氧化鈉水溶液鹼化3小時生成鹼甲殼素，壓幹後與CS2在0-30°C反應生成甲殼素磺酸酯，其中甲殼素、氫氧化鈉和CS2的重量比為1:1:2 ； ②在室溫下，棉漿柏經氫氧化鈉水溶液鹼化生成鹼纖維素，壓幹後在室溫下老化6-8小時，再與CS2反應0.5-2小時生成纖維素磺酸酯，其中棉漿柏與氫氧化鈉水溶液的重量比為 0.1—0.8:3—10 ； ③將所述甲殼素磺酸酯、纖維素磺酸酯、氫氧化鈉和水進行共混，攪拌30-60分鐘，力口入高分子聚合物、聚賴氨酸進行混合，得到溶液B ； 3.配置溶液C 將相變物質溶解在酮、有機酸或DMSO有機溶劑中，攪拌均勻，重量濃度為3-20%，製成溶液C; 4.混合溶液 將溶液A、B、C混合在室溫下用磁力攪拌器攪拌均勻，經過濾、脫泡製成紡絲溶液；
5.靜電紡絲 將配製好的紡絲溶液液裝入帶針頭的20-25mL的注射器中，用覆蓋著鋁箔的滾筒作為接收裝置，滾筒的轉速為100-150r/min，噴絲頭到滾筒的接收距離固定在7-18cm，紡絲溶液的餵給速率為2-4mL/h，紡絲電壓為10-16kV ;在室溫條件下，將製備好的纖維氈放在真空乾燥箱中乾燥12_24h以去除殘留的溶劑。
【文檔編號】D01D5/00GK104178843SQ201410369259
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】耿雲花 申請人:滁州惠智科技服務有限公司