专利名称：一种储热调温纤维及其制备方法
技术领域：
本发明涉及功能性纤维技术，具体说是一种具有导电、热能吸收、存储和释放功能的储热调温纤维及其制备方法。
背景技术：
储热调温纤维是通过将相变材料植入纤维中或涂覆在纤维表面，得到的一种具有热能吸收、储存功能的纤维。在纤维中植入相变材料的方法主要有三种(1).将相变材料制备成微胶囊后，添加在聚合物溶液中，经常规或非常规工艺制成纤维。目前使用的相变材料多为低分子化合物，如水合无机盐、正构烷烃(结构式n-CnH2n+2)、高级脂肪醇、高级脂肪酸或高级脂肪酯等。这些相变材料属于固-液相变材料，当处于液态时，非常容易流动，不但保形性差，而且容易造成损失和污染环境，因此必须封存在容器中，或与其他吸附支撑材料混合，获得相对固定的形状后才能使用，例如，美国专利US4756958公开的一种将相变材料微胶囊混合在聚合物中，制成具有可逆储热性能纤维的技术。这种技术的微胶囊制备过程较复杂，且微胶囊的直径、耐热稳定性、耐溶剂稳定性等均影响纤维的制备与性能，致使产品性能不稳定，而且更为严重的是纺丝过程要求微胶囊的直径在3微米以下，而本申请人的研究表明(参见 Journal of Colloid and Interface Science, 2005, 281 (2) :299-306)，当相变材料微胶囊的粒径小于4. 6微米以后，存在非常明显的过冷结晶现象(微胶囊相变材料的结晶温度明显低于相变材料本体的结晶温度)，有时过冷结晶度达10 15°C; ( .将低分子相变材料与其他聚合物混合后直接用作纤维的一种组分，采用复合纺丝技术制备出纤维，如申请人在《印度纤维与纺织研究杂志》(参见Vidian Journal of Fibre & Textile Research, 2003, 28 (3) :265-269)公开的以正构烧烃与聚乙烯及乙烯-丙烯共聚物混合后作为纤维的芯成分，以聚丙烯为纤维的皮成分，熔融复合纺丝制备储热调温纤维的技术。但由于正构烷烃(η = 14 40)属于小分子化合物，其以共混物形式存在于纤维芯成分中，使用中容易发生迁移；C3).采用聚合物相变材料作为纤维的一种组分，采用复合纺丝技术制备出纤维，如申请人的中国发明专利申请CN1165877A公开的一种采用脂肪族聚醚、脂肪族聚酯、聚酯醚等聚合物作为纤维的芯或岛成分的主成分，以成纤聚合物为皮成分或海成分，经熔融复合纺丝制取具有储热调温功能纤维的方法；该方法不但大大降低了工艺难度，而且使高效率地生产储热调温纤维成为可能，而且制备出的储热调温纤维不存在过冷结晶现象。但由于脂肪族聚醚、脂肪族聚酯和聚酯醚的相变性能源自聚合物主链的熔融和结晶过程，处于熔融状态时也发生流动，且聚醚和脂肪族聚酯及聚酯醚的热焓较小、耐热稳定性较差，种类较少，难以制得性能优良的储热调温纤维。目前已知的聚合物相变材料主要有两种(1). 一种是直链型聚合物，如申请人的中国发明专利申请 CN1165877A公开的脂肪族聚醚、脂肪族聚酯和聚酯醚等；(2).另一种是梳形聚合物，如申请人在中国发明专利申请CN101798364A公开的聚(甲基)丙烯酸烷基酯及其共聚物等，目前已发现的该类聚合物相变材料较少。
发明内容
为克服现有技术存在的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种新的储热调温纤维及其制备方法，该储热调温纤维采用新的聚合物相变材料和新型纤维截面结构，除具有良好的储热调温性能外，还具有导电、低渗漏、热稳定性好等特点，该纤维制备方法工艺简单，适用于工业化实施。本发明解决所述纤维技术问题的技术方案是设计一种储热调温纤维，该纤维以梳形聚合物相变材料为A成分，以成纤聚合物为B成分，A成分在纤维中的质量分数为20 60%,B成分在纤维中的质量分数为80 40%，经熔融复合纺丝方法制成；所述梳形聚合物相变材料为聚3-烷基吡咯或摩尔比为30 70 70 30的两种3-烷基吡咯的共聚物、或者混合质量比为30 70 70 30的两种聚3-烷基吡咯的共混物；所述成纤聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1、丙烯腈-丁烯腈共聚物或聚己内酰胺中的至少一种；所述储热调温纤维的横截面结构包括海岛型、同心圆型或桔瓣型，储热量为 12 45J/g，无过冷结晶现象，纤维经溶剂抽提后质量损失率< 6%，表面比电阻< 407Ω/ cm0本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是设计一种储热调温纤维制备方法，该制备方法适用本发明所述储热调温纤维，并采用以下工艺将梳形聚合物相变材料的 A成分和成纤聚合物的B成分，分别经单螺杆或双螺杆挤出机180 250°C熔融后挤出，进入计量泵，分别经连接导管送入温度设定在180 250°C的复合纺丝组件中，再分别经过滤网和分配板后复合，经喷丝板形成纺丝细流，经10 30°C的空气冷却，600 3000m/min 下卷绕，或不经卷绕直接收集，得到初生纤维，初生纤维经牵伸、定型、卷曲或加捻常规纤维加工工艺处理制成长丝，或进一步加工为短纤维；所述喷丝板包括海岛型、同心圆型或桔瓣型。与现有技术相比，本发明储热调温纤维存在下列特点(1).采用了新的梳形聚合物相变材料-聚3-烷基吡咯，其主链为聚吡咯，侧链为正构烷基，由于所述梳形聚合物-聚 3-烷基吡咯的侧链正烷基像正构烷烃一样可以发生固-液和液-固相变，从而具有吸收或放出热量的功能，而正烷基发生相变过程中，聚吡咯主链处于固态，主链将正烷基固定，使其不能像其他小分子相变材料一样发生流动，也就是说，所述梳形聚合物的主链保证了即使可结晶的正烷基侧链处于熔融状态，也不至于发生迁移或渗漏，共价键将具有储能作用的正烷基固定在聚吡咯分子链上，具有良好的稳定性；( .本发明设计了多种新型的纤维截面结构，该结构对聚合物相变材料具有良好的包覆性，使所述梳形聚合物相变材料不会或很少会从纤维内部或表面逸出，因此可保证产品储热调温纤维的渗漏更低，热稳定性更好；C3).所述梳形聚合物的主链掺杂后，可以使储热调温纤维在具有良好的储热调温性能的同时，具有良好的导电性，提高和扩大了产品的功能性；(4).本发明纤维的A成分可以形成连续的结晶区，没有过冷结晶现象，使得纤维的放热更集中，便于充分发挥储热调温作用。本发明储热调温纤维采用熔融复合纺丝方法，具有工艺简单，适用性好，便于工业化使用等特点。
图1为本发明储热调温纤维所述梳形聚合物相变材料-聚3-烷基吡咯的结构式
4示意图；图2为本发明储热调温纤维的横截面结构示意图。其中，图2(1)为横截面是海岛型结构的储热调温纤维示意图；图2(2)为横截面是同心圆型结构的储热调温纤维示意图； 图2C3)为横截面是带有包覆层的桔瓣型结构的储热调温纤维示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明本发明设计的储热调温纤维(简称纤维)是以梳形聚合物相变材料为A成分，以成纤聚合物为B成分，所述A成分在纤维中的质量分数为20 60%，所述B成分在纤维中的质量分数为80 40%，经熔融复合纺丝方法制成；所述梳形聚合物相变材料包括聚3-烷基吡咯或摩尔比为30 70 70 30的两种3-烷基吡咯的共聚物、或者混合质量比为 30 70 70 30的两种聚3-烷基吡咯的共混物；所述两种3-烷基吡咯是指烷基碳原子数不同的3-烷基吡咯；所述梳形聚合物相变材料以共价键形式把可发生固-液、液-固相转变而具有储能作用的正烷基固定在该聚合物的主链上；所述的B成分的成纤聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1、丙烯腈-丁烯腈共聚物和聚己内酰胺中的至少一种。本发明纤维采用的聚合物相变材料是一种梳形聚合物，具体是以聚吡咯为主链、 正烷基为侧链的聚合物，其正烷基侧链可以单独结晶，在吸放热过程中，聚3-烷基吡咯的侧链正烷基像正构烷烃一样可以发生固-液和液-固相变，从而具有吸收或放出热量的功能，而正烷基发生相变过程中聚吡咯主链处于固态，主链将正烷基固定，使其不能像其他小分子相变材料一样发生流动，也就是说，所述梳形聚合物的主链保证了即使可结晶的正烷基侧链处于熔融状态，也不至于发生迁移或渗漏，共价键将具有储能作用的正烷基固定在聚吡咯分子的主链上。本发明所述的梳形聚合物-聚3-烷基吡咯的结构式如图1所示，结构式中的碳原子的数量m = 10 40。研究表明，本发明所述聚3-烷基吡咯均聚物、或两种3-烷基吡咯的共聚物、或者所述均聚物和共聚物的共混物中侧链烷基的碳原子数m = 10 40时，制成的纤维的功能效果较理想。侧链烷基中碳原子数m< 10的聚3-烷基吡咯中的侧链烷基不能发生结晶，难以发挥相变储能作用；相反，对于侧链烷基中碳原子数m > 40的聚3-烷基吡咯，其相变温度较高，同样难以实现本发明目的的相变储能作用。几种聚3-烷基吡咯的熔融性能如表1示。表1几种聚3-烷基吡咯的熔融性能表
聚合物缩写熔点(°c)热焓(J/g)聚3-癸烷基吡咯P3DPY5. 162聚3-十六烷基吡咯P3HPY18. 483聚3-十八烷基吡咯P30PY28. 98权利要求
1.一种储热调温纤维，该纤维以梳形聚合物相变材料为A成分，以成纤聚合物为B成分，A成分在纤维中的质量分数为20 60 %，B成分在纤维中的质量分数为80 40 %，经熔融复合纺丝方法制成；所述梳形聚合物相变材料为聚3-烷基吡咯、或摩尔比为30 70 70 30的两种3-烷基吡咯的共聚物、或者混合质量比为30 70 70 30的两种聚 3-烷基吡咯的共混物；所述成纤聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1、丙烯腈-丁烯腈共聚物或聚己内酰胺中的至少一种；所述储热调温纤维的横截面结构包括海岛型、同心圆型或桔瓣型，储热量为12 45J/g，无过冷结晶现象，纤维经溶剂抽提后质量损失率< 6%，表面比电阻< 407 Ω/cm。
2.—种权利要求1所述储热调温纤维的制备方法，该制备方法采用以下工艺将梳形聚合物相变材料的A成分和成纤聚合物的B成分，分别经单螺杆或双螺杆挤出机180 250°C熔融后挤出，进入计量泵，分别经连接导管送入温度设定在180 250°C的复合纺丝组件中，再分别经过滤网和分配板后复合，经喷丝板形成纺丝细流，经10 30°C的空气冷却，600 3000m/min下卷绕，或不经卷绕直接收集，得到初生纤维，初生纤维经牵伸、定型、 卷曲或加捻常规纤维加工工艺处理制成长丝，或进一步加工为短纤维；所述喷丝板包括海岛型、同心圆型或桔瓣型。
3.以权利要求1所述的储热调温纤维，采用常规或非常规工艺，单独或与天然纤维或化学纤维混纺加工成的储热调温织物。
全文摘要
本发明公开一种储热调温纤维及其制备方法。该纤维以梳形聚合物相变材料为A成分，以成纤聚合物为B成分，A成分在纤维中的质量分数为20～60％，B成分在纤维中的质量分数为80～40％，经熔融复合纺丝方法制成；所述梳形聚合物相变材料为聚3-烷基吡咯、或摩尔比为30∶70～70∶30的两种3-烷基吡咯的共聚物、或者混合质量比为30∶70～70∶30的两种聚3-烷基吡咯的共混物；所述成纤聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1、丙烯腈-丁烯腈共聚物或聚己内酰胺中的至少一种。该纤维采用熔融复合纺丝方法制备。
文档编号D01F8/16GK102154737SQ20111006822
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者张兴祥, 李丽娟, 王学晨, 石海峰, 韩娜 申请人:天津工业大学