一种蓄热调温腈纶基纤维的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于腈纶制造技术领域，具体涉及一种蓄热调温腈纶基纤维的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国市场经济的发展和人民生活水平的提高，人们对功能性和舒适性纺织服 装的需求增多，传统纺织品简单的保温和御寒功能已难以满足人们的要求。因此，具有功能 性和舒适性的纺织品应运而生，其中保暖调温纺织品的研究也在不断发展并走向成熟。
[0003] 蓄热调温纤维的研究起源于20世纪80年代的美国，开始主要应用于航空航天领 域。2000年11月在德国法兰克福Avantex高科技服装面料和时装工程的国际论坛上，美国 Acordis公司展示了一种新型纤维即Outlast纤维(也称蓄热调温纤维)，Outlast纤维最初 是太空总署为登月计划而研发的，用于宇航员服装和保护太空实验精密仪器等，它为世人 首次引入了热调节功能纺织品的概念。其通过将包裹有相变材料石蜡烃的微胶囊，加入到 纺丝液中进行制备。Outlast纤维于1988年开发成功，1994年首次用于商业用途，1997年 在户外服装中使用，现已广泛应用于服饰和床上用品。Outlast纤维具有调温和贮热保温功 能，可使人体皮肤处在外界温度和体温之间的舒适温度范围之内。之后美国Outlast公司 与德国Kelheim纤维公司合作开发出Outlast粘胶纤维，并获得专利。在此期间，欧洲和日 本也进行了相关研究。德国成功研制出硫酸钠蓄热微胶囊整理材料，以及在中空纤维充入 溶剂与隋性气体的织物，日本东洋纺公司推出了以塑性晶体为芯材的鞘-芯复合丝。
[0004] 我国自20世纪90年代初开始蓄热调温纺织品的研究工作。天津工业大学功能纤 维研究所自1993年开始从事蓄热调温纤维的研究开发工作，2000年底成功完成相变物质 熔融复合纺丝，研制出了相变物质含量在16%以上、单丝纤度为5. 55dtex的蓄热调温聚酯 纤维，并获得了国家发明专利。另外，功能纤维研究所还开发了耐高温相变材料微胶囊和 熔融纺丝储热调温纤维技术，其在升温和降温过程中，内部温度较普通纺织品低或高:TC以 上，持续时间可达30min。2005年7月初，江苏丹盛纺织有限公司研发的奥特佳（热敏材 料）腈纶基智能调温纤维棉型机织面料产品通过了江苏省省级鉴定，这是国内公开的第一 个开发智能调温纤维机织面料。河北省保定雄亚纺织集团与美国安伯士国际集团合作，采 用美国太空总署开发的相变调温纤维，结合高级洛科绒，开发出"安伯士"调温洛科绒2950 型号绒线。2008年3月在中国国际纺织技术展览会上，河北吉藁化纤有限责任公司协同北 京巨龙博方科学技术研究院联合发布了智能调温纤维纺织品最新研究进展，推出了微胶囊 复合纺丝法生产的粘胶基智能调温纤维--丝维尔，该智能调温粘胶纤维的推出，不仅填 补了我国粘胶纤维行业的一项空白，更使得中国在相同领域研究的水平进入国际的前列。
[0005] 蓄热调温纤维是将相变材料（简称PCM)微胶囊化技术与纤维制造技术相结合开 发出的一类新型功能性产品，具有双向温度调节作用。当外界环境温度升高时，纤维中包 含的相变材料发生相变，从固态变为液态，吸收热量储存于纤维内部；当外界环境温度降低 时，相变材料从液态变为固态，释放出储存的热量，这种热转换在服装内起缓冲作用，减小 皮肤温度的变化，保持体表温度，使人体处于一种舒适的状态。智能调温纤维的这种吸热和 放热过程是自动的、可逆的、无限次的(见图1)。
[0006] 与传统保温衣物有明显不同：传统衣物主要是利用空气热传导率极小的特点，采 用提高织物内部静止空气的方法来避免热量散失的，其绝热效果主要取决于织物的厚度和 密度，且其保温效果受外界压力和水分的影响；而蓄热调温纤维是利用其内部的相变材料 来调节热量而不是隔绝热，是一种对水分和外界压力影响不敏感的，能为人体提供舒适微 气候环境的全新保温纤维。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种蓄热调温腈纶基纤维的制备方法。本发明 充分利用腈纶纺丝线原有消光剂调配加入系统，无需大量设备改造投入，易实现工业化生 产，具有现实的指导意义。
[0008] 本发明提供的一种蓄热调温腈纶基纤维的制备方法，先把水性相变材料微胶囊悬 浮液与NaSCN溶剂调配成含一定浓度相变材料微胶囊的添加剂，再通过多级静态混合器在 线混入纺丝原液，直接送入纺丝机纺丝，从而制得一种含相变材料微胶囊的蓄热调温腈纶 基纤维，具体包括以下步骤：
[0009] (1)将水性的相变材料微胶囊悬浮液、NaSCN水溶液和少量纺丝原液三者按比例 调配成均匀的含相变材料微胶囊的添加剂，再将添加剂的pH值调节至7. 0-9. 0 ;其中：水性 的相变材料微胶囊悬浮液由相变材料微胶囊与水组成，相变材料微胶囊悬浮液占添加剂的 5-15wt% ;纺丝原液和相变材料微胶囊悬浮液的重量比为1 :(0. 05?0. 15)。（2)将步骤（1) 中得到的添加剂加热至40?45°C，通过多级静态混合器与纺丝原液在线混合后直接送入 纺丝机纺丝，纺丝原液与添加剂的流量比为100 : (2. 0?5. 0)。
[0010] 上述步骤（1)中，NaSCN水溶液浓度在51-58wt%之间。纺丝原液中含13wt%的聚 丙烯腈；相变材料微胶囊中的芯材相变材料为石蜡，外壳微胶囊为三聚氰胺-甲醛，核壳比 为1 : (0. 30?0. 50)，平均粒径是4. 0-9. 0 μ m，添加剂的pH值用28wt%氨水进行调节。
[0011] 上述步骤（2)中，纺丝的工艺参数如下：纺丝浆液温度35-45°C，凝固浴温度 10-12°C，NaSCN凝固浴浓度10-12wt%，负牵伸为68-78%，预牵伸比为1. 2-1. 8, 一道热牵伸 比为3. 0-4. 0,二道热牵伸比为4. 45-5. 2。
[0012] 本发明与现有技术相比，可充分利用一条腈纶湿法生产线的原有消光剂调配加入 系统，无需大规模的设备改造投入，成本可控，易实现工业化生产。
【附图说明】
[0013] 图1为相变材料（PCM)的吸热和放热作用示意图。
[0014] 图2为蓄热调温纤维横截面的SEM照片（1000倍）。
【具体实施方式】
[0015] 实施例1-5
[0016] (1)将一定量的含固30wt%水性相变材料微胶囊悬浮液(微胶囊中的芯材相 变材料为石蜡，外壳微胶囊为三聚氰胺-甲醛，核壳比为I :(0.30?0.50)，平均粒径 D5tlS 5.0 μ m，由上海无极新材料科技有限公司提供）加入空烧杯中，于超声波清洗器 水浴槽中超声震荡60分钟后，用粒度分析仪测试粒径分布，符合单位比表面积（s/v)值 > I. OmVcm3 后待用。
[0017] (2)取一个IOOOml烧杯放在电子天平上，去皮，称取800g的51wt%NaSCN水溶液， 然后使用强力电动搅拌机，调节至一定的转速250rpm)，一边搅拌，一边缓慢地加入少 量13. Owt%聚丙烯腈纺丝原液，搅拌充分后，再加入所需量上述待用的水性相变材料微胶 囊悬浮液，在搅拌条件下，再滴入28wt%氨水进行pH值调节至7. 0-9. 0,搅拌10分钟以上， 直至完全混和均匀，得到含12-18wt%相变材料微胶囊的混合添加剂。
[0018] (3)把上面调配好的含有一定量相变材料微胶囊混合添加剂，在搅拌的条件下，与 含固量为13. Owt%-步法的聚丙烯腈纺丝原液共混，搅拌15分钟以上，直至完全混和均匀， 静置脱泡8小时以上待用，得到含10wt%相变材料微胶囊的纺丝原液。步骤（1)、（2)、（3) 中涉及到的具体工艺参数见表1。
[0019] (4)把上述配制好的含相变材料微胶囊的纺丝原液加热后，在已调配好的含NaSCN 水溶液的凝固浴中进行纺丝，先经过预牵伸后，再经过二道热牵伸，纺出的纤维细丝卷绕在 塑料筒子上，把筒子放入烘箱内，进行4?6小时干燥，可以得到含相变材料微胶囊的纤维。 纺丝时：计量泵供料量为〇. 8ml/转，喷丝板规格为200孔*0. 08mm，喷丝过滤网规格为300 目。其它纺丝工艺参数见表2;实得到的相变材料微胶囊纤维的主要质量指标见表3。图2 为蓄热调温纤维横截面的SEM照片（1000倍）。
[0020] 肉眼观察凝固浴中丝束成型情况，成型好无断丝，说明可纺性好，喷丝孔无堵塞现 象。
[0021] 表 1
【主权项】
1. 一种蓄热调温腈纶基纤维的制备方法，其特征在于具体步骤如下： (1) 将相变材料微胶囊悬浮液、NaSCN水溶液和少量纺丝原液三者按一定比例调配成 均匀的含相变材料微胶囊的添加剂，再将添加剂的pH值调节至7. 0-9. O ;其中：相变材料微 胶囊悬浮液由相变材料微胶囊与水组成，相变材料微胶囊悬浮液占添加剂的5-15wt%，纺丝 原液和相变材料微胶囊悬浮液的重量比为1 : (〇. 05?0. 15); (2) 添加剂加热至40?45°C，通过多级静态混合器与纺丝原液在线混合后送入纺丝机 纺丝，纺丝原液与添加剂的流量比为100 : (2. 0?5. 0)。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1)中，所述NaSCN水溶液的浓 度在51-58wt%之间。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1)中，所述的相变材料微胶囊 中的芯材相变材料为石蜡，微胶囊外壳为三聚氰胺-甲醛，核壳比为I :(0.30?0.50)，平 均粒径是4. 0_9. 0 μ m。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1)中，纺丝原液中含有13wt% 的聚丙烯腈。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1)中，添加剂的pH值用28wt% 氨水进行调节。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1)中相变材料微胶囊悬浮液的 含固量为30. Owt%。
7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2)中，纺丝的工艺参数如下： 纺丝浆液温度为35-45°C，凝固浴温度为10_12°C，NaSCN凝固浴浓度为10-12wt%，负牵伸率 为68-78%,预牵伸比为1. 2-1. 8, -道热牵伸比为3. 0-4. 0,二道热牵伸比为4. 45-5. 2。
【专利摘要】本发明属于腈纶制造技术领域，具体为一种蓄热调温腈纶基纤维的制备方法。具体步骤包括：（1）将水性相变材料微胶囊悬浮液、NaSCN水溶液和少量纺丝原液三者按一定比例调配成均匀的含相变材料微胶囊的添加剂，再将添加剂的pH值调节至7.0-9.0；（2）将添加剂加热至40～45℃，通过多级静态混合器与纺丝原液在线混合后直接送入纺丝机纺丝，纺丝原液与添加剂的流量比为100：(2.0～5.0)。本发明充分利用腈纶纺丝线原有消光剂调配加入系统，无需大量设备改造投入，易实现工业化生产，具有现实的指导意义。
【IPC分类】D01D1-02, D01D5-06, D01F6-54, D01D5-12, D01F1-10
【公开号】CN104562269
【申请号】CN201310472662
【发明人】章毅, 张玉梅, 张超峰, 杨雪红, 宋铮, 张恩杰, 王雪飞
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石化上海石油化工股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月11日