CN102505179A - 一种蓄热调温纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种蓄热调温纤维的制备方法，以过氧化物为引发剂，通过反应性挤出的方法将相变单体接枝到成纤聚合物基体上，直接得到蓄热调温纤维产品。本发明提供了熔融纺丝制备调温纤维的新路径，纺丝原料的接枝反应与纺丝加工过程同时完成，这就很大程度的简化了整个生产过程，生产设备简单，生产工艺简便，有效的降低了生产成本，因此具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及功能性纤维的制备，具体涉及一种具有热能存储和释放的蓄热调温纤维的制备方法。
背景技术
随着经济和工业的全球化，人们生活水平的不断提高，人们对于服装的要求也越来越高。更多的人想拥有一件不但外形美观、穿着舒适并且具有一定功能性的新型服装。在这种背景下具有蓄热能力的调温纤维应运而生。
调温纤维及其纺织品具有双向温度调节作用，其主要目的是改善纺织品的舒适性，它是将相变蓄热材料等与纤维和纺织品制造技术相结合开发出的高新技术产品。
符合服装领域要求的相变材料以固-液相变居多。相变材料在外界温度较高的情况下吸收热量变成液体，当外界温度降低以后又能将热量释放出来变成固体。在相变材料处在液态时有较强的流动性，因此在使用中需做成微胶囊封装或使用中空纤维法等特殊加工工艺。
目前制备调温纤维的方法主要有中空纤维法、表面涂覆或共混微胶囊法、皮芯复合纺丝和静电纺丝法等。但是这些方法均存在其局限，如中空纤维法纤维制得的调温纤维偏粗，特殊生产工艺难以工业化；皮芯纺丝对皮层聚合物的密封性要求很高，否则相变材料会从纤维中不断渗透流失，影响穿着，且储热能力下降并最终影响其应用；微胶囊技术制备相变材料对设备、技术、工艺要求都十分严格，而且成本较高，产品价格昂贵，且因耐热性和强度不够，目前只应用于湿法纺丝工艺，生产流程复杂，只能适用于粘胶和腈纶等小纤维品种；静电纺丝只适用于短丝或无纺布，工艺还不十分成熟。
综上所述的各种局限性问题，限制了蓄热调温纤维的工业化生产。因此，需要一种工艺简单、操作方便的方法来制备蓄热调温纤维，使其生产早日实现工业化，满足日益增长的消费需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓄热调温纤维的制备方法，解决现有技术中工艺复杂，生产条件苛刻，产品纤维蓄热能力不持久，难以工业化等问题。为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种蓄热调温纤维的制备方法，以过氧化物为引发剂，通过反应性挤出的方法将相变单体接枝到成纤聚合物基体上，直接得到蓄热调温纤维产品；
所述反应性挤出的方法是将引发剂、相变单体、成纤聚合物混合后在螺杆挤出机中进行反应性挤出。
所述相变单体、成纤聚合物和引发剂按质量比(4～20)∶100∶(0.3～5)混合均匀。
所述过氧化物类引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰等过氧化物中的一种或几种的组合。过氧化物类引发剂在较高温度下分解产生自由基，夺取成纤聚合物大分子上的H原子，在大分子链上产生活性中心，相变单体在大分子活性中心上发生接枝反应。
所述相变单体为聚乙二醇丙烯酸酯，按公开号为CN102093552的专利公开的方法制备。
所述成纤聚合物为聚丙烯、聚酯、聚酰胺等可用于熔融纺丝工艺的聚合物中的一种。本发明中，优选的成纤聚合物为聚丙烯。
本发明中，相变单体与成纤聚合物的接枝反应以及蓄热调温纤维的熔融纺制，是在原料挤出成形的过程中同时完成。如此大大简化了传统纤维纺制的工艺步骤，同时制备出的蓄热调温纤维具备优良的蓄热功能。此外，本发明还可以通过反应性挤出将相变单体与成纤聚合物接枝后先铸带、切粒制成改性母粒，再通过熔融共混进行纺丝。
本发明中，根据成纤聚合物的不同，螺杆挤出机的结构参数以及熔融纺丝工艺参数也有所不同，但均为本领域技术人员的公知常识，在此不做赘述。例如，成纤聚合物为聚丙烯的时候，螺杆挤出机挤出温度为165℃～190℃，螺杆转速：20～50r/min.；成纤聚合物为聚酰胺(PA-66)或聚酯(PET)时温度约为270～300℃。
本发明解决技术问题的技术方案是：设计一种制备蓄热调温纤维的生产方法，该方法是通过反应性挤出的方法将相变材料固定在成纤聚合物上，即相变材料与成纤聚合物的接枝反应在螺杆挤出机内完成，通过反应性挤出实现对普通熔融纺丝品种的蓄热调温改性。本发明方法制备的该调温纤维中相变材料与纤维基体产生接枝键合，固定能力大幅度提高。
与现有技术相比，本发明设计的蓄热调温纤维及生产方法具有以下特点：第一，相变材料同成纤聚合物在引发剂的作用下发生接枝反应，同传统调温纤维相比，本发明设计的蓄热调温纤维中的相变材料与成纤聚合物之间不再是单纯的物理束缚，而是在原有物理束缚的基础上加入了化学键束缚(相变材料与成纤聚合物发生了化学接枝)，有效的解决了相变材料在使用过程中泄露的问题。第二，相变材料与成纤聚合物之间的接枝反应在螺杆挤出机中完成，通过普通熔融纺丝的方法制备蓄热调温纤维。本发明提供了熔融纺丝制备调温纤维的新路径，纺丝原料的接枝反应与纺丝加工过程同时完成，这就很大程度的简化了整个生产过程，生产设备简单，生产工艺简便，有效的降低了生产成本，因此具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为PP-g-PEGA调温纤维的DSC曲线；
图2为该调温纤维的表面和断面SEM图片。
具体实施方式
下面的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
聚乙二醇丙烯酸酯的制备：以分子量为4000的聚乙二醇为原料，按照公开号为CN102093552的专利公开的方法制备丙烯酸聚乙二醇酯。
蓄热调温纤维的制备：聚丙烯(PP)为成纤聚合物，过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂，聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)为相变材料，按质量比PP∶DCP∶PEGA＝4∶100∶0.6，在80℃下将原料进行预混合10分钟，使得原料均匀混合；将混合好的物料加入螺杆挤出机中进行反应性挤出，同时熔融纺制得到蓄热调温纤维产品。
本实施例中选用销钉型单螺杆挤出机，直径Φ为25mm，长径比L/D为25；熔融挤出工艺参数：温度165℃～190℃；螺杆转速20～50r/min。以下各实施例参数相同。
本实施例的产品纤维经DSC-60A型差示热量扫描仪测试，该蓄热调温纤维的相变焓达5.10J/g；经LLY-06型电子单纤维强力仪测试调温纤维的断裂强度3.94CN/dtex。
实施例2
丙烯酸聚乙二醇酯的制备：同实施例1
聚丙烯(PP)为成纤聚合物，过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂，聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)为相变材料，按质量比PP∶DCP∶PEGA＝8∶100∶0.5，在80℃下进行预混合10分钟，使得各物质均匀混合；将混合好的物料加入螺杆挤出机中进行反应性挤出，同时熔融纺制得到蓄热调温纤维产品。
图1为PP-g-PEGA调温纤维的DSC曲线，从图中看出该纤维的相变焓为6.93J/g。该调温纤维中加入的PEGA量为8％，理论上纯PEGA的相变焓值在168J/g，通过计算得到调温纤维的理论焓值为13.4J/g，调温纤维保留了理论焓值的50％。
图2为该调温纤维的表面和断面SEM图片。从同种可以看出调温纤维的直径在20μm左右，纤维表面光滑均匀没有分相。纤维断面致密均匀，说明实验范围内PEGA与PP因大部分进行接枝反应，具有良好的相容性，不存在分相结构。
经LLY-06型电子单纤维强力仪测试调温纤维的断裂强度4.93CN/dtex。该蓄热调温纤维经过进一步拉伸和定型处理后，可用于加工成各种纺织品。
实施例3
丙烯酸聚乙二醇酯的制备：同实施例1
聚丙烯(PP)为成纤聚合物，过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂，聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)为相变材料，按质量比PP∶DCP∶PEGA＝15∶100∶1.0，在80℃下进行预混合10分钟，使得各物质均匀混合；将混合好的物料加入螺杆挤出机中进行反应性挤出，同时熔融纺制得到蓄热调温纤维产品。
本实施例的产品纤维经DSC-60A型差示热量扫描仪测试，该蓄热调温纤维的相变焓达12.15J/g；经LLY-06型电子单纤维强力仪测试调温纤维的断裂强度4.98CN/dtex。
实施例4
丙烯酸聚乙二醇酯的制备：同实施例1
聚丙烯(PP)为成纤聚合物，过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂，聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)为相变材料，按质量比PP∶DCP∶PEGA＝20∶100∶1.5，在80℃下进行预混合10分钟，使得各物质均匀混合；将混合好的物料加入螺杆挤出机中进行反应性挤出，同时熔融纺制得到蓄热调温纤维产品。
本实施例的产品纤维经DSC-60A型差示热量扫描仪测试，该蓄热调温纤维的相变焓达15.22J/g；经LLY-06型电子单纤维强力仪测试调温纤维的断裂强度3.85CN/dtex。
Claims (7)
1.一种蓄热调温纤维的制备方法，以过氧化物为引发剂，通过反应性挤出的方法将相变单体接枝到成纤聚合物基体上，直接得到蓄热调温纤维产品；
所述反应性挤出的方法是将引发剂、相变单体、成纤聚合物混匀后在螺杆挤出机中进行挤出。
2.根据权利要求1所述的蓄热调温纤维的制备方法，其特征在于：所述相变单体、成纤聚合物和引发剂按质量比4～20∶100∶0.3～5混合。
3.根据权利要求1或2所述的蓄热调温纤维的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰中的一种。
4.根据权利要求3所述的蓄热调温纤维的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过氧化二异丙苯。
5.根据权利要求1或2所述的蓄热调温纤维的制备方法，其特征在于：所述相变单体为聚乙二醇丙烯酸酯。
6.根据权利要求1或2所述的蓄热调温纤维的制备方法，其特征在于：所述成纤聚合物为聚丙烯、聚酯、聚酰胺中的一种。
7.根据权利要求6所述的蓄热调温纤维的制备方法，其特征在于：所述成纤聚合物为聚丙烯。
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