CN104726957A - 含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维及其制备方法，所述的蓄热保温纤维通过在聚氨酯弹性纤维中添加0.5-5％重量份的相变微胶囊来提高聚氨酯纤维的蓄热保温性能。具体制备工艺如下：1)采用悬浮聚合法制备具有核壳结构的相变微胶囊；2)以聚醚二醇，二异氰酸酯为合成单体缩合加聚形成预聚物，加入溶剂溶解后，再加入混合胺对预聚物进行扩链反应和链终止反应，得到聚氨酯脲溶液。3)将制得的相变微胶囊同其它助剂一起加入到聚氨酯脲溶液中进行混合熟化，将熟化后的纺丝原液通过干法纺丝技术即可制得蓄热保温聚氨酯弹性纤维。由于本发明所制得的聚氨酯弹性纤维中含有一定比例的相变材料，使得本发明制得的纤维或其纺织品具有优异的蓄热保温性能。

Description

含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种含有相变微胶囊蓄热保温聚氨酯弹性纤维的制备方法，属于高分子材料的生产制造领域。本发明制得的聚氨酯弹性纤维具有优异的蓄热保温性能。

背景技术

氨纶是一种高弹性特种化学纤维，在常温下具有比重轻、断裂强度高、断裂伸长高和弹性回复好等诸多优点，被广泛应用于高档内衣、休闲运动服、袜子、装饰布及医用绷带等领域。随着氨纶使用和应用范围越来越广，对其差异化性能要求也越来越高，蓄热保温氨纶正是顺应差异化氨纶发展潮流的一个发明。

本发明采用了添加相变材料来提高纤维的蓄热保温性能。所谓相变材料就是一种能够储存能量的新型化学材料。它在特定的温度下发生物相变化，并伴随着吸收或放出热量，可用来控制周围环境的温度。

英国专利GB2303375A公开了将氧化锆、硅酸锆、二氧化硅及二氧化钛等具远红外线放射的陶瓷粉融入合成纤维内，通过陶瓷粉吸收人体的热量放出远红外线再被人体吸收，提高保温效果，但是这些陶瓷粉吸收太阳能的效率较差，不能将太阳能转变成容易被人体吸收的远红外线，蓄热功能较差；日本特开平1-132816公开了使用碳化硅等吸收太阳能较佳的无机颗粒，但是碳化硅为黑色，只能制造黑色纤维；中国专利CN201120304037和CN200710024307公开了使用特殊的喷丝板制造具有中空结构的纤维，通过纤维中静置的空气来防止热量的“逃逸”，但是中空纤维不能吸收外界的能量，保温能力有限，有很大的局限性。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供了一种将相变材料添加到聚氨酯弹性纤维中，来制备保温纤维的方法。利用相变材料发生相变时巨大的潜热变化，即可吸收储存外界和人体的热量，又可将储存的热量释放出来以达到保温效果。因此，本发明制备的聚氨酯弹性纤维是不仅保温性更好、可充分吸收外界能量，并且对温度具有一定的调控性，可使人长期处于比较舒适的温度。

技术方案：本发明的一种含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维中，相变微胶囊混合在聚氨酯弹性纤维的材料中，形成含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维，所述的相变微胶囊是以聚合物为壁材，相变材料为芯材的具有核壳结构的微球。

所述相变微胶囊的壁材是丙烯腈-苯乙烯-甲基丙烯酸的共聚物，芯材是C12-14醇，或者是石蜡烷烃。

所述相变微胶囊芯材的包覆率在30％～80％之间。

所述相变微胶囊的粒径在0.5um～10um之间。

所述的相变微胶囊在聚氨酯弹性纤维中的质量分数在0.5％～5％之间。

本发明的含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维的制备方法包括以下几个步骤：

1)以丙烯腈、苯乙烯和甲基丙烯酸为共聚单体，C12-14醇或石蜡烷烃为相变材料，偶氮二异丁腈为引发剂，通过悬浮聚合法制备具有核壳结构的相变微胶囊；

2)以聚醚二醇，二异氰酸酯缩合加聚制备-NCO封端的氨基甲酸酯预聚物，并加入溶剂充分溶解，得到预聚物溶液；

3)将制备的预聚物溶液冷却后，加入混合胺溶液进行扩链反应和链终止反应，得到聚氨酯脲溶液；

4)将制得的相变微胶囊同抗氧化剂、紫外线吸收剂、防黄变剂、消光剂和润滑舒解剂一起加入到上述聚氨酯脲溶液中进行混合熟化，得到聚氨酯纺丝原液；

5)将上述聚氨酯纺丝液通过干法纺丝技术，对聚氨酯纺丝液进行喷吐、拉伸成丝，随着溶剂挥发、干燥，即得到保温蓄热聚氨酯弹性纤维。

所述的聚醚二醇是数均分子量1500～3000的聚四氢呋喃醚二醇；所述的二异氰酸酯为4,4-二苯基甲烷二异氢酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氢酸酯或者两者的混合物；所述的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺DMAC或N,N-二甲基甲酰胺DMF。

所述的混合胺溶液为扩链剂和链终止剂的混合溶液，扩链剂是乙二胺、1,2-丙二胺、2-甲基戊二胺或者它们的混合物；链终止剂是二乙胺、二丙胺、乙醇胺或者它们的混合物。

聚氨酯弹性纤维纺丝原液在25℃温度条件下检测其粘度为3000～12000厘泊，浓度为30～38wt％；纺丝原液在甬道温度为200～280℃的条件下进行纺丝，其纺丝速度为500～1100m/min。

有益效果：本发明涉及一种含有相变微胶囊蓄热保温聚氨酯弹性纤维的制备方法，通过在聚氨酯弹性纤维中加入一定量的相变材料，利用相变材料发生相变时巨大的潜热变化来调控聚氨酯弹性纤维的温度，同时通过悬浮聚合法将相变材料微胶囊化，使相变材料可长期稳定的存在于纤维中。采用本发明制备的蓄热保温聚氨酯弹性纤维，不仅可以吸收人体与周围环境的热量，而且可以将吸收的能量储存起来，待周围环境温度降低时，再将储存的能量释放出来以达到保温效果。并且相对于现有的保温纤维而言，本发明制备的纤维不仅具有优异的保温性能，而且对温度具有一定的调控性。

具体实施方式

下面实施例用来详细描述本发明其生产过程，但这些实施例不得理解为任何意义上的对本发明的限制。

相变微胶囊的制备：将一定量的蒸馏水、分散剂以及其它助剂加入到反应釜中，搅拌，得到均匀的水相。再将一定量的丙烯腈、苯乙烯、甲基丙烯酸、C12-14醇、AIBN混合后作为油相加入到上述水相中，以1200rpm转速均化30min，氮气扫吹，搅拌速度降为300rpm，在60℃下反应8h。反应完全后，对产物进行处理，将合成得到的相变微胶囊悬浮液进行减压抽滤，用蒸馏水反复洗涤3遍，50℃下真空干燥，得到白色干燥粉末相变微胶囊A。

用同样的方法，将上述相变材料C12-14醇换成石蜡烃，制得相变微胶囊B。

相变微胶囊A的热焓124J/g，芯材包覆率55％，平均粒径2.1μm。

相变微胶囊B的热焓148J/g，芯材包覆率62％，平均粒径2.8μm。

实施例1：

将6.3kg溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)加入到反应釜(RA1)，开启搅拌，再向RA1中加入9.50kg聚四氢呋喃醚二醇和2.31kg二苯基甲烷二异氰酸酯，在45℃下反应2h得预聚体PPS，将PPS移送进入扩链反应釜(RA2)中。向RA1中加入13.0kg清洗DMAC，将清洗DMAC移送进入RA2，开启搅拌，待RA2温度冷却到10℃左右时，向RA2中滴加含有0.174kg乙二胺和0.04kg二乙胺的混合胺溶液进行扩链反应和链终止反应，其中混合胺溶液质量浓度为5.45％。反应完成后，将所得聚合物移送进入D-FETK。向D-FETK中加入120g相变微胶囊A，18.1g防黄变剂UDT，36.2g抗紫外剂UTP，抗氧化剂CY24.1g，润滑解舒剂硬脂酸镁溶液MGS 103.4g(MG质量浓度33.5％)，反应熟化20h，得聚合纺丝原液，经干法纺丝得到聚氨酯弹性纤维。

实施例2：

向D-FETK罐中加入360g相变微胶囊A，其它步骤和实施例1相同。

实施例3：

向D-FETK罐中加入120g相变微胶囊B，其它步骤和实施例1相同。

实施例4：

向D-FETK罐中加入360g相变微胶囊B，其它步骤和实施例1相同。

对比例：

不加相变微胶囊，其它步骤和实施例1相同。

为了验证本发明制备的聚氨酯弹性纤维的蓄热保温性能，将上述实施例中制得的纤维先织成布，并对所织布进行蓄热保温性能测试。

本发明有关的分析测试方法如下：

1)蓄热性能

在22℃，湿度65％的条件下，在半米外用300W红外灯照射30min，用温度计测量布面的温度，布面温度越低，表示纤维的蓄热性能越好。

2)保温性能

用面积，厚度相同的布包在温度计的玻璃泡上，并将其放入温度为4℃的冰箱中，20min后，读出温度计的读数，温度计显示的温度越高，表明纤维的保温性能越好。

检测结果：对实施例和对比例所织布进行蓄热性能和保温性能的测试，测试结果如表1所示：

表1：蓄热性能和保温性能的测试数据

从表1可以看出，在聚氨酯弹性纤维中加入相变微胶囊后，可使纤维及其纺织品具有优异的蓄热性能和保温性能。加入的相变微胶囊越多，相变微胶囊的相变焓越大，所制备纤维的蓄热性能和保温性能越好。

Claims (9)

1.一种含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维，其特征在于相变微胶囊混合在   聚氨酯弹性纤维的材料中，形成含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维，所述的相变微胶囊是以聚合物为壁材，相变材料为芯材的具有核壳结构的微球。

2.根据权利要求1所述的含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维，其特征在于所述相变微胶囊的壁材是丙烯腈-苯乙烯-甲基丙烯酸的共聚物，芯材是C12-14醇，或者是石蜡烷烃。

3.根据权利要求2所述的含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维，其特征在于所述相变微胶囊芯材的包覆率在30%～80%之间。

4.根据权利要求1所述的含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维，其特征在于所述相变微胶囊的粒径在0.5 um～10 um之间。

5.根据权利要求1所述的含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维，其特征在于所述的相变微胶囊在聚氨酯弹性纤维中的质量分数在0.5%～5%之间。

6.一种如权利要求1所述的含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤：

1）以丙烯腈、苯乙烯和甲基丙烯酸为共聚单体，C12-14醇或石蜡烷烃为相变材料，偶氮二异丁腈为引发剂，通过悬浮聚合法制备具有核壳结构的相变微胶囊；

2）以聚醚二醇，二异氰酸酯缩合加聚制备-NCO 封端的氨基甲酸酯预聚物，并加入溶剂充分溶解，得到预聚物溶液；

3）将制备的预聚物溶液冷却后，加入混合胺溶液进行扩链反应和链终止反应，得到聚氨酯脲溶液；

4）将制得的相变微胶囊同抗氧化剂、紫外线吸收剂、防黄变剂、消光剂和润滑舒解剂一起加入到上述聚氨酯脲溶液中进行混合熟化，得到聚氨酯纺丝原液；

5）将上述聚氨酯纺丝液通过干法纺丝技术，对聚氨酯纺丝液进行喷吐、拉伸成丝，随着溶剂挥发、干燥，即得到保温蓄热聚氨酯弹性纤维。

7.根据权利要求 6 所述的含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于所述的聚醚二醇是数均分子量1500 ～ 3000 的聚四氢呋喃醚二醇；所述的二异氰酸酯为4,4-二苯基甲烷二异氢酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氢酸酯或者两者的混合物；所述的溶剂为N,N- 二甲基乙酰胺DMAC或N,N- 二甲基甲酰胺DMF。

8.根据权利要求 6 所述的含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于所述的混合胺溶液为扩链剂和链终止剂的混合溶液，扩链剂是乙二胺、1,2-丙二胺、2-甲基戊二胺或者它们的混合物；链终止剂是二乙胺、二丙胺、乙醇胺或者它们的混合物。

9.根据权利要求6所述的含有相变微胶囊的蓄热保温聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于聚氨酯弹性纤维纺丝原液在25℃温度条件下检测其粘度为3000～12000 厘泊，浓度为30～38wt％；纺丝原液在甬道温度为200～280 ℃的条件下进行纺丝，其纺丝速度为500～1100m/min。