一種利用腈綸廢絲製備相變纖維的方法
2023-11-09 07:54:02 1
專利名稱：一種利用腈綸廢絲製備相變纖維的方法
技術領域：
本發明涉及功能性纖維技術領域，具體涉及一種利用聚丙烯腈廢絲製備相變纖維 的方法。
背景技術：
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。隨著社會的快速發展，對能源需求的日益加強，不可再生資源的 逐漸枯竭，相變纖維的研究利用正引起並受到研究界越來越多的關注。國外於20世紀80 年代開始研究工作，國內在90年代開始起步，相變纖維的製備方法主要有浸漬法、複合紡 絲法、微膠囊法和織物塗層後整理法等。這些年出現在歐美市場上的Outlast纖維即採用 微膠囊法製備的儲能纖維。本發明製備的相變纖維是將聚丙烯腈廢絲、脂肪酸在溶劑中通過攪拌獲得均勻的 紡絲液，採用常規溼法紡絲製取，聚丙烯腈大分子與脂肪酸分子通過分子間作用力凝聚在 一起，即使外界溫度達到120°C，相變材料也不會滲出。這種相變纖維相變過程形態穩定，熱 儲能性及耐久性優良，是極具市場發展前景的相變纖維，可以在紡織服裝、建築節能材料及 某些特殊領域如軍工、航空航天等領域獲得應用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種利用聚丙烯腈廢絲製備相變纖維的方 法，目的有兩個方面一是提供一種低成本的聚丙烯腈廢絲回收利用技術；二是提供一種 新型的相變纖維。本發明所提供的相變纖維除具備普通相變纖維的特點外，還具有較高的 焓值、較好的保溫性能。因此它可以作為一種新的纖維材料廣泛的應用在紡織及建築保溫 領域。本發明可以通過以下技術方案予以實現第一步、將聚丙烯腈廢絲、脂肪酸與N，N- 二甲基甲醯胺(DMF)按一定質量比加入 到反應器中，在60 90°C下攪拌後獲得均勻的乳白色紡絲溶液。其中聚丙烯腈廢絲、脂肪酸與N，N-二甲基甲醯胺的質量比為1 0.1 0. 45 3 5;選用的脂肪酸為硬脂酸或硬脂酸與月桂酸的複合物，複合物中硬脂酸與月桂 酸的質量比為1 2 5;所得的紡絲溶液中聚丙烯腈廢絲的質量百分濃度為20% 30%。第二步、將第一步所得的紡絲溶液採用溼法紡絲製取相變纖維。其中凝固浴為N， N-二甲基甲醯胺(DMF)與聚乙烯醇(PVA1799)的混合水溶液，其中聚乙烯醇在溶液中的質 量百分濃度為1% 3%，N，N- 二甲基甲醯胺在溶液中的質量濃度為34% 45% ；凝固浴 的溫度為20 25°C;初生纖維在90 95°C水浴中熱拉伸，100 110°C熱空氣中迅速乾燥 熱定型。與其它已公開的定形相變儲能材料及製備方法相比，本發明具有以下優點1、本發明所提供的相變纖維支撐材料選擇聚丙烯腈廢絲，不僅解決了聚丙烯腈廢絲回收利用難題，實現了資源回收再利用，降低了環境汙染，而且聚丙烯腈廢絲直接通過溶 劑溶解利用，比通過水解回收利用降低了很大的成本。2、本發明所提供的相變纖維的相變焓較高，達到48. 84J/g。3、本發明所製備的相變纖維具有很好的形態穩定性和熱穩定性，即使溫度達到 120°C仍能保持固-固形態。其原因是聚丙烯腈廢絲和脂肪酸在共混過程中，高分子大分子 鏈之間產生了一定的物理作用存在，如烴鏈間僅存在相當弱的範德華作用力，極性基團之 間存在較強的氫鍵等。當溫度超過脂肪酸的熔點後，由於脂肪酸受分子間作用力的束縛，也 不會滲出纖維表面。4、本發明的製備工藝簡單，所採用原料聚丙烯腈廢絲不僅價格低，而且直接通過 溶劑溶解利用，降低了很大的成本。
圖1、是本發明方法製備得到的相變纖維的表面照片。圖2、是本發明方法製備得到的相變纖維的DSC曲線。圖3、是本發明方法製備得到的相變纖維的DSC熱循環曲線。圖4、是本發明方法製備得到的相變纖維的步冷曲線。圖5、是本發明方法製備得到的相變纖維的熱失重曲線。
具體實施例方式實施例1、相變纖維的製備將腈綸廢絲28g、硬脂酸12g，N, N-二甲基甲醯胺 (DMF) IOOg加入反應器中，於90°C攪拌一段時間後，得到均勻的乳白色聚合物溶液；將IOg 聚乙烯醇加入500ml水中，95°C下完全溶解後冷卻，再將269. 29g的DMF加入PVA的水溶液 中，即為凝固浴溶液。用溼法紡絲機製備相變纖維，初生纖維在25°C凝固浴中凝固，於90°C 水浴中熱拉伸5 7倍，110°C下熱定型2h，獲得相變纖維(見圖1)。對上述相變纖維進行差熱掃描研究(見圖2)分析，發明所製備纖維的熔融溫度 是53. 38°C，熔融焓是59. 79J/g，結晶溫度是44. 37°C，結晶焓是48. 84J/g。與文獻報導的 相變材料相比較，該相變材料具有較高的相變焓，且溫度達到120°C也不會發生熔體滲漏現 象，具有明顯的固-固相變特徵。DSC熱循環結果(見圖3)顯示，發明所製備相變纖維在熱 循環過程中除第一次焓值不同外，其他各次的DSC曲線基本重合。這是與相變纖維存在熱 歷史有關，消除熱歷史後，焓值基本穩定。多次熱循環結果說明相變纖維具有較好的熱穩定 性，可以在環境中循環使用。通過步冷曲線(見圖4)研究，純SA在53. 8°C出現明顯的平臺區，說明其具有很好 的保溫性，且沒有過冷現象，保溫時間可以達到Ilmin ；純PAN沒有平臺區出現，說明其保溫 效果較差。PAN/SA相變纖維在47°C出現相變，其步冷曲線斜率減小，說明其有一定的保溫 性。通過熱失重(見圖5)研究，表明相變纖維分三段降解。在160°C以下，相變纖維的 性質穩定，當溫度達到約160°C，纖維體系中的PAN組分開始降解，並在275°C達到降解的最 大值；當溫度達到300°C時，材料體系中的硬脂酸組分發生降解，並在327°C達到最大值；當 溫度達到500°C時，材料體系降解完成。
實施例2、相變纖維的製備將腈綸廢絲24g、硬脂酸2g，月桂酸4g，N，N- 二甲基甲 醯胺(DMF) 70g加入反應器中，於90°C攪拌一段時間後，得到均勻的乳白色聚合物溶液；將 25g聚乙烯醇加入500ml水中，95°C下完全溶解後冷卻，再將409. Ig的DMF加入PVA的水 溶液中，即為凝固浴溶液。用溼法紡絲機製備相變纖維，初生纖維在20°C凝固浴中凝固，於 95°C水浴中熱拉伸5 7倍，110°C下熱定型2h，獲得相變纖維。纖維的強度達到2. 742cN/
dtexo實施例3、相變纖維的製備將腈綸廢絲24g、硬脂酸lg，月桂酸5g，N，N_ 二甲基甲 醯胺(DMF) 120g加入反應器中，於60°C攪拌一段時間後，得到均勻的乳白色聚合物溶液；將 25g聚乙烯醇加入500ml水中，95°C下完全溶解後冷卻，再將409. Ig的DMF加入PVA的水 溶液中，即為凝固浴溶液。用溼法紡絲機製備相變纖維，初生纖維在20°C凝固浴中凝固，於 95°C水浴中熱拉伸5 7倍，IOCTC下熱定型2h，獲得相變纖維。實施例4、相變纖維的製備將腈綸廢絲22. 5g、硬脂酸0. 83g，月桂酸1. 67g，N， N-二甲基甲醯胺(DMF) 75g加入反應器中，於90°C攪拌一段時間後，得到均勻的乳白色聚合 物溶液；將IOg聚乙烯醇加入500ml水中，95°C下完全溶解後冷卻，再將269. 29g的DMF加 入PVA的水溶液中，即為凝固浴溶液。用溼法紡絲機製備相變纖維，初生纖維在20°C凝固浴 中凝固，於95°C水浴中熱拉伸5 7倍，110°C下熱定型2h，獲得相變纖維。
權利要求
一種利用聚丙烯腈廢絲製備相變纖維的方法，其特徵在於具體製備步驟如下第一步、將聚丙烯腈廢絲、脂肪酸與N，N 二甲基甲醯胺按一定質量比加入到反應器中，在60～90℃下攪拌後獲得均勻的乳白色紡絲溶液；第二步、將第一步所得的紡絲溶液採用溼法紡絲製取相變纖維。
2.根據權利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲製備相變纖維的方法，其特徵在於 第一步中，所述的將聚丙烯腈廢絲、脂肪酸與N，N-二甲基甲醯胺的質量比為1 0. 1 0. 45 3 5。
3.根據權利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲製備相變纖維的方法，其特徵在於第 一步中，所述的脂肪酸為硬脂酸或硬脂酸與月桂酸的複合物，硬脂酸與月桂酸的質量比為 1 2 5。
4.根據權利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲製備相變纖維的方法，其特徵在於第 一步所得的紡絲液中，聚丙烯腈廢絲的濃度為20% 30%。
5.根據權利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲製備相變纖維的方法，其特徵在於第 二步中，凝固浴為N，N-二甲基甲醯胺與聚乙烯醇的混合水溶液，其中聚乙烯醇在溶液中的 質量百分濃度為1% 3%，N，N- 二甲基甲醯胺在溶液中的質量百分濃度為34% 45%。
6.根據權利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲製備相變纖維的方法，其特徵在於第 二步中，凝固浴溫度為20 25°C。
7.根據權利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲製備相變纖維的方法，其特徵在於第 二步中，初生纖維在90 95°C水浴中熱拉伸，100 110°C熱空氣中迅速乾燥熱定型。
全文摘要
本發明提供了一種利用聚丙烯腈廢絲製備相變纖維的方法，該方法將聚丙烯腈廢絲、脂肪酸加入到溶劑中，在60～90℃下充分攪拌後獲得均勻的乳白色紡絲溶液；將上述紡絲溶液採用溼法紡絲製取相變纖維。本發明所製備的相變纖維具有熱焓值高、熱穩定性好、製備方法簡單、成本低，溶劑可以回收循環利用等優點，即實現了廢絲回收利用，減少了環境汙染。也為社會提供了一種新型節能纖維，是一項成本低、效益高、資源充足的新興項目，具有廣闊的發展前景。
文檔編號D01F6/54GK101979728SQ201010544420
公開日2011年2月23日 申請日期2010年11月15日 優先權日2010年11月15日
發明者相恆學, 郭靜 申請人:大連工業大學