CN104831388B - 一种温度调节纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度调节纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将纤维素浆粕经过包括二次浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化反应、过滤、脱泡和熟成得到纺丝液。(2)采用蜂窝状二氧化硅作为封装材料，将相变石蜡封装在蜂窝状二氧化硅的蜂窝状微孔中制备成相变微粒，加入渗透剂、乳化剂和酮糖类交联剂混合均匀，制备成相变乳液。(3)将相变乳液与纺丝液充分混合制得相变纺丝液，所述相变微粒的添加量为相对纺丝液中甲种纤维素的5～25wt％。(4)将相变纺丝液经纺丝成型和后处理工序处理后得到所述温度调节纤维。本发明制备的相变纤维相变温度稳定，相变性能好，使用寿命长且物理力学性能高。
Description
技术领域
本发明涉及功能纤维素纤维技术领域，具体涉及一种温度调节纤维的制备技术。
背景技术
温度调节粘胶纤维是一种新型的功能性粘胶纤维产品，它是以天然纤维素为主要原材料，与相变材料巧妙融合开发出来的智能纤维，通过将相变材料溶液纺前注射到纺丝粘胶当中，再进行纺丝、后处理等工序而制成的功能性差别化粘胶纤维。
温度调节粘胶纤维利用相变物质在相变过程中能够吸收或释放大量的热量，并同时能够使温度保持恒定，制得的粘胶纤维可以使人体与服饰间的温度保持恒定，从而可以在过热或过冷的外界环境中满足人体舒适性的需求。
对温度调节纤维的制备，现有技术中已有相关研究报道：如北京巨龙博方科学技术研究所于2007年研制的智能条纹粘胶纤维(专利申请号为200710090251.3)，其干断裂强度较低(1.42CN/dtex左右)，该纤维纤度较大(1.67dtex以上)，且该专利尚处于小试阶段，未见其规模化生产的报道；2014年龙达差别化化学纤维有限公司开发的调温粘胶纤维生产方法(专利申请号为201410616024.X)，其相变物质溶液颗粒粒径较大，为1～6um之间，且分散性较差，工艺步骤较为繁琐，不利于较大规模生产。而且现有技术中采用的相变材料为相变微胶囊，这种相变微胶囊的寿命有限，导致相变纤维的相变性能受到影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种温度调节纤维的制备方法，该方法制备的相变纤维相变温度稳定，相变性能好，使用寿命长且机械强度高。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种温度调节纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)纺丝胶的制备：将纤维素浆粕经过包括二次浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化反应和溶解步骤得到溶解胶，将所述溶解胶经三道过滤、脱泡和熟成得到纺丝液。
(2)相变乳液的制备：采用粒径为0.1～0.5um的蜂窝状二氧化硅作为封装材料，将相变石蜡封装在所述蜂窝状二氧化硅的蜂窝状微孔中制备成相变微粒，将所述相变微粒溶在水中，加入渗透剂、乳化剂和酮糖类交联剂混合均匀，经过高速研磨和过滤后制备成相变乳液，所述相变乳液的pH值为7～10，所述相变乳液的分散性能≥90％。
(3)相变纺丝液的制备：将制备好的相变乳液与所述纺丝液通过静态或动态混合器充分混合，制得相变纺丝液，所述相变微粒的添加量为相对纺丝液中甲种纤维素的5～25wt％。
(4)温度调节纤维的制备：将所述相变纺丝液经凝固浴纺丝成型，然后经包括脱硫、漂白、水洗、上油和烘干的后处理工序处理后得到所述温度调节纤维。
作为一种优选的技术方案，所述蜂窝状二氧化硅采用硅酸钠和氯化铵为原料，以乙醇溶液为溶剂，采用化学沉淀法制备得到纳米二氧化硅，然后将纳米二氧化硅在马沸炉450℃焙烧1小时得到表面有蜂窝状微孔的纳米二氧化硅。
作为一种优选的技术方案，所述相变微粒的制备是将蜂窝状二氧化硅浸入到融化后的液体相变石蜡中，液体石蜡浸入到蜂窝状二氧化硅的蜂窝状微孔中，冷却后得到。
作为一种优选的技术方案，所述相变乳液的制备中，所述渗透剂的加入量为所述相变微粒的0.02～0.3wt％，所述乳化剂的加入量为所述相变微粒的0.05～0.5wt％，所述酮糖类交联剂的加入量为所述相变微粒的0.02～0.3wt％。
作为进一步优选的技术方案，所述渗透剂为渗透剂6501，所述乳化剂为乳化剂O-10，所述酮糖类交联剂为1，5二磷酸核酮糖、D-木酮糖中的至少一种。
作为再进一步改进的技术方案，所述渗透剂6501为椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，可选用天津市昆达工贸有限公司生产的，所述乳化剂O-10可选用江苏省海安石油化工厂生产的。
作为一种改进的技术方案，所述相变乳液制备中的高速研磨和过滤步骤包括：将加入渗透剂、乳化剂和酮糖类交联剂混合均匀的乳液，在高速研磨泵研磨20～40min，然后经过三次过滤，去除溶液中的杂质，得到所述相变乳液；所述过滤使用的过滤器孔径为0.5～1um。
作为一种优选的技术方案，所述凝固浴中包含50～150g/l的H2SO4、5～13g/l的ZnSO4、300～350g/l的NaSO4，所述凝固浴的温度为35～55℃，所述凝固浴的透明度大于800cm。
作为一种优选的技术方案，所述脱硫工序使用浓度为1～5g/l的NaSO3，所述漂白工序使用0.2～2g/l的H2O2，所述水洗工序的水洗温度为35～50℃。
作为优选的一种技术方案，所述纺丝胶制备中的二次浸渍、压榨、粉碎步骤包括：
一次浸渍：将纤维素浆粕浸渍在浓度为200～250g/l的NaOH溶液中，加入XY388助剂，温度为50～65℃，浸渍时间为20～40min，浆粥浓度为4～5wt％，半纤维素浓度≤60g/l，二次浸渍：二次浸渍使用的NaOH溶液浓度为150～200g/l，浆粥浓度为3～6wt％，半纤维素浓度≤45g/l，然后经过压榨、粉碎制得的碱纤维素含甲种纤维素25～35wt％，NaOH含量15～20wt％。
作为优选的一种技术方案，所述黄化反应包括：将老成工序后得到的碱纤维素与CS2进行黄化反应，黄化反应初温为20～30℃，黄化反应终温为30～35℃，黄化反应0.5～1.5小时后生成纤维素黄酸酯。
作为一种改进的技术方案，所述溶解步骤包括：将黄化反应后的纤维素黄酸酯加入到温度为5～10℃、浓度为5～10g/l的氢氧化钠溶液中，进行粘胶研磨溶解，研磨温度为5～25℃，研磨溶解时间为1～3小时，制得的溶解胶中甲种纤维素含量为5～10wt％，NaOH含量为4～8％，落球法测定的粘度为30～70s，熟成度为15％NH4Cl值5～10ml。
作为一种优选的技术方案，所述过滤采用金属丝烧结过滤网连接式过滤机进行三道过滤，滤机出入口压力差为0.25～0.8MPa。
作为一种优选的技术方案，所述脱泡采用连续快速脱泡的方法，将经三道过滤后的溶解胶进入连续脱泡桶，所述溶解胶的进温为22～28℃，出温15～25℃，脱泡真空度≥97KPa。
作为一种优选的技术方案，所述熟成时的温度为10～25℃，熟成时间为3～5小时。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的相变乳液的制备中，采用粒径为0.1～0.5um的蜂窝状二氧化硅作为封装材料，将相变石蜡封装在所述蜂窝状二氧化硅的蜂窝状微孔中制备成相变微粒，采用蜂窝状二氧化硅，其吸附能力强，相变石蜡封装在蜂窝状二氧化硅中，稳定性更好，结合到纤维素中以后，不易脱出，使得纤维材料的相变性能得以更持久保持；将所述相变微粒溶在水中，加入渗透剂、乳化剂和酮糖类交联剂混合均匀，经过高速研磨和过滤后制备成相变乳液，交联剂将纤维素大分子与相变材料交联在一起，不易在纤维的后加工过程中流失，使得纤维材料的相变功能保持更加持久，而且由于分散性能好，纺丝可纺性高，工艺可控，而且使用蜂窝状二氧化硅作为封装材料制备得到的相变微粒强度高，使用寿命长，相变性能好。
本发明所制得的温度调节粘胶纤维，干断裂强度大于1.8CN/dtex，干断裂伸长率大于20％，纤维熔融吸热焓值大于5.5J/g，凝固放热焓值大于5.0J/g，疵点小于1mg/100g，相变温度范围为10～55℃，织成的织物具有双向温度调节功能，具有强伸度高、疵点低、纺织加工性能好、吸湿透气性好，染色性能优良，良好的手感和悬垂性好等优点。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将纤维素浆粕经过包括二次浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化反应和溶解步骤制备得到溶解胶，将所述溶解胶经三道过滤、脱泡和熟成得到纺丝液。
采用粒径为0.2～0.4um的蜂窝状二氧化硅作为封装材料，将相变石蜡封装在所述蜂窝状二氧化硅的蜂窝状微孔中制备成相变微粒，将所述相变微粒溶在水中，加入相变微粒的0.1wt％的渗透剂、相变微粒的0.1wt％的乳化剂和相变微粒的0.15wt％的酮糖类交联剂混合均匀，经过高速研磨和过滤后制备成pH值为7～8的相变乳液，相变乳液的分散性能91％。
将制备好的相变乳液与所述纺丝液通过静态充分混合，制得相变纺丝液，所述相变微粒的添加量为相对纺丝液中甲种纤维素的18wt％。
将所述相变纺丝液经凝固浴纺丝成型，然后经包括脱硫、漂白、水洗、上油和烘干的后处理工序处理后得到所述温度调节纤维。所述制备得到的温度调节纤维的纤维纤度1.22dtex，干断裂强度1.9CN/dtex，干断裂伸长率21％，纤维熔融吸热焓值5.8J/g，凝固放热焓值5.1J/g，疵点0.8mg/100g，相变温度范围为10～55℃，相变稳定性能测验，本实施例织成的织物经过1千次洗衣机洗涤后在10～55℃温度范围内仍具有良好的调温效果。
实施例2
将纤维素浆粕经过包括二次浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化反应和溶解步骤得到溶解胶，将所述溶解胶经三道过滤、脱泡和熟成得到纺丝液。
采用粒径为0.1～0.4um的蜂窝状二氧化硅作为封装材料，将相变石蜡封装在所述蜂窝状二氧化硅的蜂窝状微孔中制备成相变微粒，将所述相变微粒溶在水中，加入相变微粒的0.2wt％的渗透剂6501、相变微粒的0.15wt％的乳化剂O-10和相变微粒的0.2wt％的酮糖类交联剂混合均匀，在高速研磨泵研磨25min，然后经过孔径为0.6um的过滤器的三次过滤，去除溶液中的杂质，得到pH值为7～9、分散性能92％的相变乳液。
将制备好的相变乳液与所述纺丝液通过动态混合器充分混合，制得相变纺丝液，所述相变微粒的添加量为相对纺丝液中甲种纤维素的15wt％。
将所述相变纺丝液经凝固浴纺丝成型，然后经包括脱硫、漂白、水洗、上油和烘干的后处理工序处理后得到所述温度调节纤维。所述制备得到的温度调节纤维的纤维纤度1.18dtex，干断裂强度1.95CN/dtex，干断裂伸长率23％，纤维熔融吸热焓值6.0J/g，凝固放热焓值5.4J/g，疵点0.9mg/100g，相变温度范围为10～55℃，相变稳定性能测验，本实施例织成的织物经过1千次洗衣机洗涤后在10～55℃温度范围内仍具有良好的调温效果。
实施例3
将纤维素浆粕经过二次浸渍发生碱化反应，其中一次浸渍：将纤维素浆粕浸渍在浓度为220g/l的NaOH溶液中，加入XY388助剂，温度为52℃，浸渍时间为25min，浆粥浓度为4.5wt％，半纤维素浓度60g/l，然后进行二次浸渍：二次浸渍使用的NaOH溶液浓度为180g/l，浆粥浓度为4wt％，半纤维素浓度45g/l，然后经过压榨、粉碎制得的碱纤维素含甲种纤维素29.8wt％，NaOH含量16.5wt％。
将老成工序后得到的碱纤维素与CS2进行黄化反应，黄化反应初温为24℃，黄化反应终温为32℃，黄化反应1.5小时后生成纤维素黄酸酯。
将黄化反应后的纤维素黄酸酯加入到温度为7℃、浓度为9g/l的氢氧化钠溶液中，进行粘胶研磨溶解，研磨温度为15℃，研磨溶解时间为2小时，制得的溶解胶中甲种纤维素含量为7wt％，NaOH含量为5.5％，落球法测定的粘度为45s，熟成度为15％NH4Cl值8ml。
采用金属丝烧结过滤网连接式过滤机对溶解后的溶解胶进行三道过滤，滤机出入口压力差为0.35MPa。
脱泡采用连续快速脱泡的方法，将经三道过滤后的溶解胶进入连续脱泡桶，所述溶解胶的进温为24℃，出温20℃，脱泡真空度98KPa。
所述熟成时的温度为18℃，熟成时间为4～5小时得到纺丝液。
采用粒径为0.1～0.5um的蜂窝状二氧化硅作为封装材料，将相变石蜡封装在所述蜂窝状二氧化硅的蜂窝状微孔中制备成相变微粒，将所述相变微粒溶在水中，加入相变微粒的0.25wt％的渗透剂6501、相变微粒的0.3wt％的乳化剂O-10和相变微粒的0.25wt％的酮糖类交联剂1，5二磷酸核酮糖混合均匀，在高速研磨泵研磨30min，然后经过孔径为0.5～0.8um的过滤器的三次过滤，去除溶液中的杂质，得到pH值为9、分散性能93.5％的相变乳液。
将制备好的相变乳液与所述纺丝液通过动态混合器充分混合，制得相变纺丝液，所述相变微粒的添加量为相对纺丝液中甲种纤维素的18wt％。
将所述相变纺丝液经凝固浴纺丝成型，凝固浴中包含135g/l的H2SO4、11g/l的ZnSO4、325g/l的NaSO4，所述凝固浴的温度为49℃，所述凝固浴的透明度800cm，然后经浓度为3.5g/l的NaSO3进行脱硫、使用1.2g/l的H2O2进行漂白、温度为40℃的一次水进行水洗、上油和烘干的后处理工序处理后得到所述温度调节纤维。所述制备得到的温度调节纤维的纤维纤度1.22dtex，干断裂强度1.98CN/dtex，干断裂伸长率21.5％，纤维熔融吸热焓值5.8J/g，凝固放热焓值5.3J/g，疵点0.8mg/100g，相变温度范围为10～55℃，相变稳定性能测验，本实施例织成的织物经过1千次洗衣机洗涤后在10～55℃温度范围内仍具有良好的调温效果。
实施例4
将纤维素浆粕经过二次浸渍发生碱化反应，其中一次浸渍：将纤维素浆粕浸渍在浓度为235g/l的NaOH溶液中，加入XY388助剂，温度为60℃，浸渍时间为35min，浆粥浓度为5wt％，半纤维素浓度55g/l，然后经过压榨、粉碎后进行二次浸渍：二次浸渍使用的NaOH溶液浓度为185g/l，浆粥浓度为4wt％，半纤维素浓度42g/l，然后经过压榨、粉碎制得的碱纤维素含甲种纤维素26wt％，NaOH含量18wt％。
将老成工序后得到的碱纤维素与CS2进行黄化反应，黄化反应初温为26℃，黄化反应终温为34℃，黄化反应1小时后生成纤维素黄酸酯。
将黄化反应后的纤维素黄酸酯加入到温度为9℃、浓度为7g/l的氢氧化钠溶液中，进行粘胶研磨溶解，研磨温度为20℃，研磨溶解时间为1.5小时后，制得的溶解胶中甲种纤维素含量为8wt％，NaOH含量为6％，落球法测定的粘度为55s，熟成度为15％NH4Cl值9ml。
采用金属丝烧结过滤网连接式过滤机对溶解后的溶解胶进行三道过滤，滤机出入口压力差为0.5MPa。
脱泡采用连续快速脱泡的方法，将经三道过滤后的溶解胶进入连续脱泡桶，所述溶解胶的进温为26℃，出温20℃，脱泡真空度99KPa。
所述熟成时的温度为22℃，熟成时间为3.5小时得到纺丝液。
采用粒径为0.1～0.4um的蜂窝状二氧化硅作为封装材料，将相变石蜡封装在所述蜂窝状二氧化硅的蜂窝状微孔中制备成相变微粒，将所述相变微粒溶在水中，加入相变微粒的0.15wt％的渗透剂6501、相变微粒的0.25wt％的乳化剂O-10和相变微粒的0.18wt％的酮糖类交联剂D-木酮糖混合均匀，在高速研磨泵研磨30min，然后经过孔径为0.5～0.8um的过滤器的三次过滤，去除溶液中的杂质，得到pH值为7、分散性能91.5％的相变乳液。
将制备好的相变乳液与所述纺丝液通过静态混合器充分混合，制得相变纺丝液，所述相变微粒的添加量为相对纺丝液中甲种纤维素的10wt％。
将所述相变纺丝液经凝固浴纺丝成型，凝固浴中包含110g/l的H2SO4、12g/l的ZnSO4、340g/l的NaSO4，所述凝固浴的温度为51℃，所述凝固浴的透明度800cm，然后经浓度为2.5g/l的NaSO3进行脱硫、使用1.5g/l的H2O2进行漂白、温度为45℃的一次水进行水洗、上油和烘干的后处理工序处理后得到所述温度调节纤维。所述制备得到的温度调节纤维的纤维纤度1.22dtex，干断裂强度1.97CN/dtex，干断裂伸长率22％，纤维熔融吸热焓值5.8J/g，凝固放热焓值5.2J/g，疵点0.9mg/100g，相变温度范围为10～55℃，相变稳定性能测验，本实施例织成的织物经过1千次洗衣机洗涤后在10～55℃温度范围内仍具有良好的调温效果。
Claims (10)
1.一种温度调节纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)纺丝胶的制备：将纤维素浆粕经过包括二次浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化反应和溶解步骤得到溶解胶，将所述溶解胶经三道过滤、脱泡和熟成得到纺丝液；
(2)相变乳液的制备：采用粒径为0.1～0.5um的蜂窝状二氧化硅作为封装材料，将相变石蜡封装在所述蜂窝状二氧化硅的蜂窝状微孔中制备成相变微粒，将所述相变微粒溶在水中，加入渗透剂、乳化剂和酮糖类交联剂混合均匀，经过高速研磨和过滤后制备成相变乳液，所述相变乳液的pH值为7～10，所述相变乳液的分散性能≥90％；所述蜂窝状二氧化硅采用硅酸钠和氯化铵为原料，以乙醇溶液为溶剂，采用化学沉淀法制备得到纳米二氧化硅，然后将纳米二氧化硅在马沸炉450℃焙烧1小时得到表面有蜂窝状微孔的纳米二氧化硅；
(3)相变纺丝液的制备：将制备好的相变乳液与所述纺丝液通过静态或动态混合器充分混合，制得相变纺丝液，所述相变微粒的添加量为相对纺丝液中甲种纤维素的5～25wt％；
(4)温度调节纤维的制备：将所述相变纺丝液经凝固浴纺丝成型，然后经包括脱硫、漂白、水洗、上油和烘干的后处理工序处理后得到所述温度调节纤维。
2.如权利要求1所述的一种温度调节纤维的制备方法，其特征在于：所述相变乳液的制备中，所述渗透剂的加入量为所述相变微粒的0.02～0.3wt％，所述乳化剂的加入量为所述相变微粒的0.05～0.5wt％，所述酮糖类交联剂的加入量为所述相变微粒的0.02～0.3wt％。
3.如权利要求2所述的一种温度调节纤维的制备方法，其特征在于：所述渗透剂为渗透剂6501，所述乳化剂为乳化剂O-10，所述酮糖类交联剂为1，5二磷酸核酮糖、D-木酮糖中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种温度调节纤维的制备方法，其特征在于所述相变乳液制备中的高速研磨和过滤步骤包括：将加入渗透剂、乳化剂和酮糖类交联剂混合均匀的乳液，在高速研磨泵研磨20～40min，然后经过三次过滤，去除溶液中的杂质，得到所述相变乳液；所述过滤使用的过滤器孔径为0.5～1um。
5.如权利要求1至4任一权利要求所述的一种温度调节纤维的制备方法，其特征在于：所述凝固浴中包含50～150g/l的H2SO4、5～13g/l的ZnSO4、300～350g/l的NaSO4，所述凝固浴的温度为35～55℃，所述凝固浴的透明度大于800cm。
6.如权利要求5所述的一种温度调节纤维的制备方法，其特征在于：所述脱硫工序使用浓度为1～5g/l的NaSO3，所述漂白工序使用0.2～2g/l的H2O2，所述水洗工序的水洗温度为35～50℃。
7.如权利要求5所述的一种温度调节纤维的制备方法，其特征在于所述纺丝胶制备中的二次浸渍、压榨、粉碎步骤包括：
一次浸渍：将纤维素浆粕浸渍在浓度为200～250g/l的NaOH溶液中，加入XY388助剂，温度为50～65℃，浸渍时间为20～40min，浆粥浓度为4～5wt％，半纤维素浓度≤60g/l，然后经过压榨、粉碎后进行二次浸渍；
二次浸渍：二次浸渍使用的NaOH溶液浓度为150～200g/l，浆粥浓度为3～6wt％，半纤维素浓度≤45g/l，然后经过压榨、粉碎制得的碱纤维素含甲种纤维素25～35wt％，NaOH含量15～20wt％。
8.如权利要求5所述的一种温度调节纤维的制备方法，其特征在于所述黄化反应包括：将老成工序后得到的碱纤维素与CS2进行黄化反应，黄化反应初温为20～30℃，黄化反应终温为30～35℃，黄化反应0.5～1.5小时后生成纤维素黄酸酯。
9.如权利要求5所述的一种温度调节纤维的制备方法，其特征在于所述溶解步骤包括：将黄化反应后的纤维素黄酸酯加入到温度为5～10℃、浓度为5～10g/l的氢氧化钠溶液中，进行粘胶研磨溶解，研磨温度为5～25℃，研磨溶解时间为1～3小时，制得的溶解胶中甲种纤维素含量为5～10wt％，NaOH含量为4～8％，落球法测定的粘度为30～70s，熟成度为15％NH4Cl值5～10ml。
10.如权利要求5所述的一种温度调节纤维的制备方法，其特征在于：所述脱泡采用连续快速脱泡的方法，将经三道过滤后的溶解胶进入连续脱泡桶，所述溶解胶的进温为22～28℃，出温15～25℃，脱泡真空度≥97KPa。
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