一種蓄熱調(diào)溫腈綸基纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于腈綸制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蓄熱調(diào)溫腈綸基纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對功能性和舒適性紡織服 裝的需求增多，傳統(tǒng)紡織品簡單的保溫和御寒功能已難以滿足人們的要求。因此，具有功能 性和舒適性的紡織品應(yīng)運(yùn)而生，其中保暖調(diào)溫紡織品的研究也在不斷發(fā)展并走向成熟。
[0003] 蓄熱調(diào)溫纖維的研究起源于20世紀(jì)80年代的美國，開始主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng) 域。2000年11月在德國法蘭克福Avantex高科技服裝面料和時裝工程的國際論壇上，美國 Acordis公司展示了一種新型纖維即Outlast纖維(也稱蓄熱調(diào)溫纖維)，Outlast纖維最初 是太空總署為登月計(jì)劃而研發(fā)的，用于宇航員服裝和保護(hù)太空實(shí)驗(yàn)精密儀器等，它為世人 首次引入了熱調(diào)節(jié)功能紡織品的概念。其通過將包裹有相變材料石蠟烴的微膠囊，加入到 紡絲液中進(jìn)行制備。Outlast纖維于1988年開發(fā)成功，1994年首次用于商業(yè)用途，1997年 在戶外服裝中使用，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于服飾和床上用品。Outlast纖維具有調(diào)溫和貯熱保溫功 能，可使人體皮膚處在外界溫度和體溫之間的舒適溫度范圍之內(nèi)。之后美國Outlast公司 與德國Kelheim纖維公司合作開發(fā)出Outlast粘膠纖維，并獲得專利。在此期間，歐洲和日 本也進(jìn)行了相關(guān)研究。德國成功研制出硫酸鈉蓄熱微膠囊整理材料，以及在中空纖維充入 溶劑與隋性氣體的織物，日本東洋紡公司推出了以塑性晶體為芯材的鞘-芯復(fù)合絲。
[0004] 我國自20世紀(jì)90年代初開始蓄熱調(diào)溫紡織品的研究工作。天津工業(yè)大學(xué)功能纖 維研究所自1993年開始從事蓄熱調(diào)溫纖維的研究開發(fā)工作，2000年底成功完成相變物質(zhì) 熔融復(fù)合紡絲，研制出了相變物質(zhì)含量在16%以上、單絲纖度為5. 55dtex的蓄熱調(diào)溫聚酯 纖維，并獲得了國家發(fā)明專利。另外，功能纖維研究所還開發(fā)了耐高溫相變材料微膠囊和 熔融紡絲儲熱調(diào)溫纖維技術(shù)，其在升溫和降溫過程中，內(nèi)部溫度較普通紡織品低或高:TC以 上，持續(xù)時間可達(dá)30min。2005年7月初，江蘇丹盛紡織有限公司研發(fā)的奧特佳（熱敏材 料）腈綸基智能調(diào)溫纖維棉型機(jī)織面料產(chǎn)品通過了江蘇省省級鑒定，這是國內(nèi)公開的第一 個開發(fā)智能調(diào)溫纖維機(jī)織面料。河北省保定雄亞紡織集團(tuán)與美國安伯士國際集團(tuán)合作，采 用美國太空總署開發(fā)的相變調(diào)溫纖維，結(jié)合高級洛科絨，開發(fā)出"安伯士"調(diào)溫洛科絨2950 型號絨線。2008年3月在中國國際紡織技術(shù)展覽會上，河北吉藁化纖有限責(zé)任公司協(xié)同北 京巨龍博方科學(xué)技術(shù)研究院聯(lián)合發(fā)布了智能調(diào)溫纖維紡織品最新研究進(jìn)展，推出了微膠囊 復(fù)合紡絲法生產(chǎn)的粘膠基智能調(diào)溫纖維--絲維爾，該智能調(diào)溫粘膠纖維的推出，不僅填 補(bǔ)了我國粘膠纖維行業(yè)的一項(xiàng)空白，更使得中國在相同領(lǐng)域研究的水平進(jìn)入國際的前列。
[0005] 蓄熱調(diào)溫纖維是將相變材料（簡稱PCM)微膠囊化技術(shù)與纖維制造技術(shù)相結(jié)合開 發(fā)出的一類新型功能性產(chǎn)品，具有雙向溫度調(diào)節(jié)作用。當(dāng)外界環(huán)境溫度升高時，纖維中包 含的相變材料發(fā)生相變，從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，吸收熱量儲存于纖維內(nèi)部；當(dāng)外界環(huán)境溫度降低 時，相變材料從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，釋放出儲存的熱量，這種熱轉(zhuǎn)換在服裝內(nèi)起緩沖作用，減小 皮膚溫度的變化，保持體表溫度，使人體處于一種舒適的狀態(tài)。智能調(diào)溫纖維的這種吸熱和 放熱過程是自動的、可逆的、無限次的(見圖1)。
[0006] 與傳統(tǒng)保溫衣物有明顯不同：傳統(tǒng)衣物主要是利用空氣熱傳導(dǎo)率極小的特點(diǎn)，采 用提高織物內(nèi)部靜止空氣的方法來避免熱量散失的，其絕熱效果主要取決于織物的厚度和 密度，且其保溫效果受外界壓力和水分的影響；而蓄熱調(diào)溫纖維是利用其內(nèi)部的相變材料 來調(diào)節(jié)熱量而不是隔絕熱，是一種對水分和外界壓力影響不敏感的，能為人體提供舒適微 氣候環(huán)境的全新保溫纖維。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種蓄熱調(diào)溫腈綸基纖維的制備方法。本發(fā)明 充分利用腈綸紡絲線原有消光劑調(diào)配加入系統(tǒng)，無需大量設(shè)備改造投入，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生 產(chǎn)，具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。
[0008] 本發(fā)明提供的一種蓄熱調(diào)溫腈綸基纖維的制備方法，先把水性相變材料微膠囊懸 浮液與NaSCN溶劑調(diào)配成含一定濃度相變材料微膠囊的添加劑，再通過多級靜態(tài)混合器在 線混入紡絲原液，直接送入紡絲機(jī)紡絲，從而制得一種含相變材料微膠囊的蓄熱調(diào)溫腈綸 基纖維，具體包括以下步驟：
[0009] (1)將水性的相變材料微膠囊懸浮液、NaSCN水溶液和少量紡絲原液三者按比例 調(diào)配成均勻的含相變材料微膠囊的添加劑，再將添加劑的pH值調(diào)節(jié)至7. 0-9. 0 ;其中：水性 的相變材料微膠囊懸浮液由相變材料微膠囊與水組成，相變材料微膠囊懸浮液占添加劑的 5-15wt% ;紡絲原液和相變材料微膠囊懸浮液的重量比為1 :(0. 05?0. 15)。（2)將步驟（1) 中得到的添加劑加熱至40?45°C，通過多級靜態(tài)混合器與紡絲原液在線混合后直接送入 紡絲機(jī)紡絲，紡絲原液與添加劑的流量比為100 : (2. 0?5. 0)。
[0010] 上述步驟（1)中，NaSCN水溶液濃度在51-58wt%之間。紡絲原液中含13wt%的聚 丙烯腈；相變材料微膠囊中的芯材相變材料為石蠟，外殼微膠囊為三聚氰胺-甲醛，核殼比 為1 : (0. 30?0. 50)，平均粒徑是4. 0-9. 0 μ m，添加劑的pH值用28wt%氨水進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0011] 上述步驟（2)中，紡絲的工藝參數(shù)如下：紡絲漿液溫度35-45°C，凝固浴溫度 10-12°C，NaSCN凝固浴濃度10-12wt%，負(fù)牽伸為68-78%，預(yù)牽伸比為1. 2-1. 8, 一道熱牽伸 比為3. 0-4. 0,二道熱牽伸比為4. 45-5. 2。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，可充分利用一條腈綸濕法生產(chǎn)線的原有消光劑調(diào)配加入 系統(tǒng)，無需大規(guī)模的設(shè)備改造投入，成本可控，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0013] 圖1為相變材料（PCM)的吸熱和放熱作用示意圖。
[0014] 圖2為蓄熱調(diào)溫纖維橫截面的SEM照片（1000倍）。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 實(shí)施例1-5
[0016] (1)將一定量的含固30wt%水性相變材料微膠囊懸浮液(微膠囊中的芯材相 變材料為石蠟，外殼微膠囊為三聚氰胺-甲醛，核殼比為I :(0.30?0.50)，平均粒徑 D5tlS 5.0 μ m，由上海無極新材料科技有限公司提供）加入空燒杯中，于超聲波清洗器 水浴槽中超聲震蕩60分鐘后，用粒度分析儀測試粒徑分布，符合單位比表面積（s/v)值 > I. OmVcm3 后待用。
[0017] (2)取一個IOOOml燒杯放在電子天平上，去皮，稱取800g的51wt%NaSCN水溶液， 然后使用強(qiáng)力電動攪拌機(jī)，調(diào)節(jié)至一定的轉(zhuǎn)速250rpm)，一邊攪拌，一邊緩慢地加入少 量13. Owt%聚丙烯腈紡絲原液，攪拌充分后，再加入所需量上述待用的水性相變材料微膠 囊懸浮液，在攪拌條件下，再滴入28wt%氨水進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)至7. 0-9. 0,攪拌10分鐘以上， 直至完全混和均勻，得到含12-18wt%相變材料微膠囊的混合添加劑。
[0018] (3)把上面調(diào)配好的含有一定量相變材料微膠囊混合添加劑，在攪拌的條件下，與 含固量為13. Owt%-步法的聚丙烯腈紡絲原液共混，攪拌15分鐘以上，直至完全混和均勻， 靜置脫泡8小時以上待用，得到含10wt%相變材料微膠囊的紡絲原液。步驟（1)、（2)、（3) 中涉及到的具體工藝參數(shù)見表1。
[0019] (4)把上述配制好的含相變材料微膠囊的紡絲原液加熱后，在已調(diào)配好的含NaSCN 水溶液的凝固浴中進(jìn)行紡絲，先經(jīng)過預(yù)牽伸后，再經(jīng)過二道熱牽伸，紡出的纖維細(xì)絲卷繞在 塑料筒子上，把筒子放入烘箱內(nèi)，進(jìn)行4?6小時干燥，可以得到含相變材料微膠囊的纖維。 紡絲時：計(jì)量泵供料量為〇. 8ml/轉(zhuǎn)，噴絲板規(guī)格為200孔*0. 08mm，噴絲過濾網(wǎng)規(guī)格為300 目。其它紡絲工藝參數(shù)見表2;實(shí)得到的相變材料微膠囊纖維的主要質(zhì)量指標(biāo)見表3。圖2 為蓄熱調(diào)溫纖維橫截面的SEM照片（1000倍）。
[0020] 肉眼觀察凝固浴中絲束成型情況，成型好無斷絲，說明可紡性好，噴絲孔無堵塞現(xiàn) 象。
[0021] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種蓄熱調(diào)溫腈綸基纖維的制備方法，其特征在于具體步驟如下： (1) 將相變材料微膠囊懸浮液、NaSCN水溶液和少量紡絲原液三者按一定比例調(diào)配成 均勻的含相變材料微膠囊的添加劑，再將添加劑的pH值調(diào)節(jié)至7. 0-9. O ;其中：相變材料微 膠囊懸浮液由相變材料微膠囊與水組成，相變材料微膠囊懸浮液占添加劑的5-15wt%，紡絲 原液和相變材料微膠囊懸浮液的重量比為1 : (〇. 05?0. 15); (2) 添加劑加熱至40?45°C，通過多級靜態(tài)混合器與紡絲原液在線混合后送入紡絲機(jī) 紡絲，紡絲原液與添加劑的流量比為100 : (2. 0?5. 0)。
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NaSCN水溶液的濃 度在51-58wt%之間。
3. 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，所述的相變材料微膠囊 中的芯材相變材料為石蠟，微膠囊外殼為三聚氰胺-甲醛，核殼比為I :(0.30?0.50)，平 均粒徑是4. 0_9. 0 μ m。
4. 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，紡絲原液中含有13wt% 的聚丙烯腈。
5. 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，添加劑的pH值用28wt% 氨水進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟（1)中相變材料微膠囊懸浮液的 含固量為30. Owt%。
7. 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，紡絲的工藝參數(shù)如下： 紡絲漿液溫度為35-45°C，凝固浴溫度為10_12°C，NaSCN凝固浴濃度為10-12wt%，負(fù)牽伸率 為68-78%,預(yù)牽伸比為1. 2-1. 8, -道熱牽伸比為3. 0-4. 0,二道熱牽伸比為4. 45-5. 2。
【專利摘要】本發(fā)明屬于腈綸制造技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種蓄熱調(diào)溫腈綸基纖維的制備方法。具體步驟包括：（1）將水性相變材料微膠囊懸浮液、NaSCN水溶液和少量紡絲原液三者按一定比例調(diào)配成均勻的含相變材料微膠囊的添加劑，再將添加劑的pH值調(diào)節(jié)至7.0-9.0；（2）將添加劑加熱至40～45℃，通過多級靜態(tài)混合器與紡絲原液在線混合后直接送入紡絲機(jī)紡絲，紡絲原液與添加劑的流量比為100：(2.0～5.0)。本發(fā)明充分利用腈綸紡絲線原有消光劑調(diào)配加入系統(tǒng)，無需大量設(shè)備改造投入，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。
【IPC分類】D01D1-02, D01D5-06, D01F6-54, D01D5-12, D01F1-10
【公開號】CN104562269
【申請?zhí)枴緾N201310472662
【發(fā)明人】章毅, 張玉梅, 張超峰, 楊雪紅, 宋錚, 張恩杰, 王雪飛
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石化上海石油化工股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月11日