一種相變共混纖維及其制造方法
【專利摘要】一種相變共混纖維及其制備方法。紡絲原液中包括如下組分（按重量計）：相變物質(zhì)、絲蛋白、水溶性物質(zhì)、高分子聚合物、聚賴氨酸。其中水溶性物質(zhì)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℃吸濕率15%-17%濕斷裂伸長率為64.8%-70.2%，蛋白質(zhì)含量約為10-25%。本發(fā)明制得的纖維具有良好的干濕強度、吸濕性和服用穿著性。
【專利說明】一種相變共混纖維及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相變共混纖維及其制造方法，屬于相變材料紡絲制備和應(yīng)用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]相變纖維是利用物質(zhì)相變過程中釋放或吸收潛熱、溫度保持不變的特性開發(fā)出來的一種蓄熱調(diào)溫功能纖維。相變即表現(xiàn)在氣、固、液三態(tài)的變化以及結(jié)晶、晶型轉(zhuǎn)烴、晶體熔融等物理過程，伴隨著分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，將PCM加入到纖維中，利用其固一液、固—固態(tài)的相變，在不同環(huán)境溫度下表現(xiàn)出不同的吸、放熱功能，并且保持溫度相對恒定的特性，制得相變纖維。PCM有無機、有機、復(fù)合之分。
[0003]目前，相變儲能材料(PCMs)已經(jīng)成功的應(yīng)用到被動式太陽房、節(jié)能建筑、空調(diào)系統(tǒng)、廢熱回收、調(diào)溫纖維與紡織品等領(lǐng)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(nèi)部，得到40-60°C相變纖維。這種纖維的內(nèi)徑較大，相變物質(zhì)殘留在纖維表面，因此，使用耐久性較差。目前已經(jīng)商用化的微膠囊包覆相變材料或粉末。
[0004]近年來，通過靜電紡絲方法制備復(fù)合相變纖維的研究也略有報道。McCann等首先報道了通過同軸靜電紡絲方法制備了以長鏈烴為芯層，以Ti02-PVP為皮層的超細復(fù)合相變纖維。陳長中等報道了靜電紡PEG/CA儲能調(diào)溫超細復(fù)合纖維的制備，并研究了紡絲溶液中不同PEG含量和分子量對復(fù)合纖維的形態(tài)和熱學(xué)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(guān)成熟可產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種相變共混纖維，具有良好的干濕強度、吸濕性和服用穿著性。
[0006]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
一種相變共混纖維，其特征在于紡絲原液中含有相變物質(zhì)為石蠟烴、多元醇類。
[0007]—種如前所述纖維，其特征在于紡絲原液中包括如下組分(按重量計):
相變物質(zhì)1-8份
絲蛋白 6-9份水溶性物質(zhì)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(zhì)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，吸濕率15%-17%，濕斷裂伸長率為64.8%_70.2%，蛋白質(zhì)含量約為10-25%。
[0008]一種如前所述纖維，其特征在于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制造方法，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(nèi)，磷酸/甲酸重量比例為50 / 80-30 /70，攪拌均勻制備成溶液A ;
2.配置溶液B
①在室溫下，甲殼素經(jīng)氫氧化鈉水溶液堿化3小時生成堿甲殼素，壓干后與CS2在0-30°C反應(yīng)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(jīng)氫氧化鈉水溶液堿化生成堿纖維素，壓干后在室溫下老化6-8小時，再與CS2反應(yīng)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(zhì)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%，制成溶液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(jīng)過濾、脫泡制成紡絲溶液；
5.靜電紡絲
將配制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(zhuǎn)速為100-150r/min，噴絲頭到滾筒的接收距離固定在7-18cm，紡絲溶液的喂給速率為2-4mL/h，紡絲電壓為10-16kV ;在室溫條件下，將制備好的纖維氈放在真空干燥箱中干燥12_24h以去除殘留的溶劑。
[0010]所述相變物質(zhì)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]采用重量比例為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(wěn)定性，使得制成的纖維具有理想的形態(tài)結(jié)構(gòu)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)，有著良好的力學(xué)性能。采用特定工藝參數(shù)的靜電紡絲能夠穩(wěn)定的保存相變物質(zhì)的相變性能，從而使得共混纖維相變性能持久而穩(wěn)定。
[0012]本發(fā)明所提供的共混纖維及其制備工藝，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢:
1)本發(fā)明所制得的纖維比通常的相變纖維具有更優(yōu)異的柔韌性能和強度，其在吸濕性、干濕斷裂強度、干濕斷裂伸長率顯著優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)所制得的相變共混纖維。本發(fā)明克服了相變共混纖維的生產(chǎn)工藝困難，生產(chǎn)出兼具蛋白質(zhì)纖維及相變材料特性的纖維；
2)本發(fā)明原料明確，環(huán)境友好性高，具有很好的可紡性，適合產(chǎn)業(yè)化。
[0013]實施例:
下面通過實施例對本發(fā)明進行具體描述，但必須指出實施例只是對發(fā)明的進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0014]測試方法
采用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(shù)范圍為400?4000CHT1 ;采用SU1510掃描電子顯微鏡(日本日立公司)對靜電紡相變復(fù)合纖維的形貌結(jié)構(gòu)進行表征；采用DSC Q200差示掃描量熱儀(沃特世科技上海有限公司)分析復(fù)合相變纖維的相變溫度和相變焓值，測試樣品的質(zhì)量約為5mg，掃描溫度范圍為(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(zhì)8份絲蛋白 9份水溶性物質(zhì)750份高分子聚合物60份聚賴氨酸10份
其中水溶性物質(zhì)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(nèi)，磷酸/甲酸重量比例為50:70，攪拌均勻制備成溶液A ;
2.配置溶液B
①在室溫下，甲殼素經(jīng)氫氧化鈉水溶液堿化3小時生成堿甲殼素，壓干后與CS2在0-30°C反應(yīng)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(jīng)氫氧化鈉水溶液堿化生成堿纖維素，壓干后在室溫下老化6-8小時，再與CS2反應(yīng)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(zhì)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%，制成溶液
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(jīng)過濾、脫泡制成紡絲溶液；
5.靜電紡絲
將配制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(zhuǎn)速為150r/min，噴絲頭到滾筒的接收距離固定在7cm，紡絲溶液的喂給速率為4mL/h，紡絲電壓為1kV ;在室溫條件下，將制備好的纖維氈放在真空干燥箱中干燥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(zhì)5份絲蛋白 7份水溶性物質(zhì)800份高分子聚合物30份聚賴氨酸10份
其中水溶性物質(zhì)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(nèi)，磷酸/甲酸重量比例為80:30，攪拌均勻制備成溶液A ;
2.配置溶液B
①在室溫下，甲殼素經(jīng)氫氧化鈉水溶液堿化3小時生成堿甲殼素，壓干后與CS2在0-30°C反應(yīng)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(jīng)氫氧化鈉水溶液堿化生成堿纖維素，壓干后在室溫下老化6-8小時，再與CS2反應(yīng)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(zhì)多元醇類溶解在DMSO有機溶劑中，攪拌均勻，濃度為3-20%，制成溶液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(jīng)過濾、脫泡制成紡絲溶液；
5.靜電紡絲
將配制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(zhuǎn)速為100-150r/min，噴絲頭到滾筒的接收距離固定在7-18cm，紡絲溶液的喂給速率為2-4mL/h，紡絲電壓為10-16kV ;在室溫條件下，將制備好的纖維氈放在真空干燥箱中干燥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(nèi)部，得到相變纖維。
[0018]實駘結(jié)果

【權(quán)利要求】
1.一種相變共混纖維，其特征在于紡絲原液中含有相變物質(zhì)為石蠟烴、多元醇類。
2.一種如權(quán)利要求1所述纖維，其特征在于紡絲原液中包括如下組分(按重量計): 相變物質(zhì)1-8份 絲蛋白 6-9份 水溶性物質(zhì)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(zhì)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，吸濕率15%-17%，濕斷裂伸長率為64.8%_70.2%。
3.—種如權(quán)利要求2所述纖維，其特征在于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制造方法，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(nèi)，磷酸/甲酸重量比例為50 / 80-30 /70，攪拌均勻制備成溶液A ; 2.配置溶液B ①在室溫下，甲殼素經(jīng)氫氧化鈉水溶液堿化3小時生成堿甲殼素，壓干后與CS2在0-30°C反應(yīng)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(jīng)氫氧化鈉水溶液堿化生成堿纖維素，壓干后在室溫下老化6-8小時，再與CS2反應(yīng)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(zhì)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%，制成溶液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(jīng)過濾、脫泡制成紡絲溶液；
5.靜電紡絲 將配制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(zhuǎn)速為100-150r/min，噴絲頭到滾筒的接收距離固定在7-18cm，紡絲溶液的喂給速率為2-4mL/h，紡絲電壓為10-16kV ;在室溫條件下，將制備好的纖維氈放在真空干燥箱中干燥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(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】耿云花 申請人:滁州惠智科技服務(wù)有限公司