CN104878474B - 一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维及其制备方法。所述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其特征在于，包括第一部分和第二部分，所述的第二部分设于第一部分内部，所述的第一部分由包含纺丝级聚丙烯在内的原料制成，所述的第二部分由包含基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂在内的原料制成，所述的第二部分具有闭孔结构，所述的相变介质分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。本发明制备的可填充保暖功能型聚丙烯纤维具有仿皮芯结构或双构分结构，其芯层或原纤具有均匀闭孔结构，相变媒介储存于闭孔空间内或镶嵌于孔壁中间。该结构中的闭孔既可以锚定相变介质，又可以封存空气，使其达到保温协同效应的效果。
Description
技术领域
本发明属于智能调温纤维的制备领域，特别涉及一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维及其制备方法。
背景技术
随着社会需求的不断发展、生活环境的日益变化，人们对服用和家用纺织品提出了多功能智能型的需求。在皮肤接触的舒适性方面，人体保暖尤为重要。保暖型智能调温纤维可利用纤维自身对热量的储存与释放以达到调节人体与织物之间微环境的目的。
目前蓄热调温纤维的制备方法有微胶囊湿法纺丝法、中空纤维填充法、纤维表面填充法等等。微胶囊湿法纺丝法存在制备过程污染大，工序繁杂的弊端；中空纤维填充法，存在相变材料易泄露的缺点；纤维表面涂层法存在耐洗性差的缺陷。发明专利CN103710964 A将中空纤维放入贮液槽，进行相变材料的灌装，其纤维末端的封端存在问题。发明专利CN 101906670 B公开了一种熔纺型固-液复合相变纤维的纺丝设备及其制备方法，将液态相变材料直接以液态的形式储存在纤维内部，液态相变材料熔化化也存在不稳定的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维及其制备方法，该方法制备的纤维截面呈现为仿皮芯结构或双构分结构，其芯层或原纤具有均匀闭孔结构，相变媒介储存于闭孔空间内或镶嵌于孔壁中间。本发明的可填充保暖功能型聚丙烯纤维具有成本低、污染小、焓值高、储能调温能力强的优点，可较好的应用在丙纶纤维的功能化改性领域，满足化纤行业生产需求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其特征在于，包括第一部分和第二部分，所述的第二部分设于第一部分内部，所述的第一部分由包含纺丝级聚丙烯在内的原料制成，所述的第二部分由包含基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂在内的原料制成，所述的第二部分具有闭孔结构，所述的相变介质分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
优选地，所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构或者构成第二部分分散在第一部分内部的双构分结构。
优选地，所述的基体聚合物为聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚丁二酸丁二醇酯或聚乙烯。
优选地，所述的基体聚合物在一个大气压下的熔点温度为90～130℃。
优选地，所述的相变介质为聚乙二醇、石蜡、硬脂酸、月桂酸、葵二酸、聚乙二醇单丙烯酸酯、硬脂酰氯、月桂酰氯和葵二酰氯等一种或几种。
优选地，所述的助交联剂为过氧化二异丙苯或二叔丁基过氧化物。
优选地，所述的第一部分和第二部分的质量比为1/3～9/1。
优选地，所述的第二部分的原料由相变介质20～60wt％、发泡剂偶氮二甲酰胺0.5～5％、活化剂氧化锌0.5～1％、助交联剂0.2～1％和余量的基体聚合物组成。
优选地，所述的第二部分的闭孔结构的孔洞率为20～50％，孔径为0.1～1μm。
本发明利用仿皮芯结构双组分纤维或者双构分纤维的方法，利用芯层或原纤结构中均匀的闭孔结构，对相变媒介进行封存，且部分相变材料直接可镶嵌在孔壁中间。
本发明还提供了上述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括：将第一部分的原料和第二部分的原料加入具有两条单螺杆的复合纺丝系统中，采用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双组分纤维组件或双构分纤维纺丝组件进行熔融纺丝，得到可填充保暖功能型聚丙烯纤维。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明制备的可填充保暖功能型聚丙烯纤维具有仿皮芯结构或双构分结构，其芯层或原纤具有均匀闭孔结构，相变媒介储存于闭孔空间内或镶嵌于孔壁中间。该结构中的闭孔既可以锚定相变介质，又可以封存空气，使其达到保温协同效应的效果。
(2)本发明的可填充保暖功能型聚丙烯纤维具有成本低、污染小、焓值高、储能调温能力强的优点，可较好的应用在丙纶纤维的功能化改性领域，满足服用保暖填充领域的需求。
附图说明
图1a为仿皮芯结构的可填充保暖功能型聚丙烯纤维结构示意图；
图1b为仿皮芯结构的可填充保暖功能型聚丙烯纤维截面图；
图2a为双构分结构的可填充保暖功能型聚丙烯纤维结构示意图；
图2b为双构分结构的可填充保暖功能型聚丙烯纤维截面图。
图中，1为第一部分，2为第二部分，3为相变介质。
具体实施方式
下面结合具体实施例，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。本发明各实施例所述的聚乙二醇单丙烯酸酯参照国家发明专利CN 102516471 B合成，其数均分子量为1000～10000。本发明各实施例的相变焓值通过DSC测定得到。
实施例1
如图1a和1b所示，一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚丙烯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，所述的相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构。所述的基体聚合物为在一个大气压下的熔点温度为130℃的聚丙烯。所述的相变介质为聚乙二醇单丙烯酸酯。所述的助交联剂为过氧化二异丙苯。
上述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入50重量份聚丙烯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入30重量份的聚乙二醇单丙烯酸酯、2.5重量份的偶氮二甲酰胺、0.5重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.5重量份的过氧化二异丙苯、16.5重量份的熔点为130℃聚丙烯的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双组分皮芯纺丝组件进行熔融纺丝，纺丝温度为200～240℃，纺丝速度为500～3000m/min，得到可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其中芯层孔洞率约为50％、且孔径约为1μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到15～25J/g。
实施例2
如图1a和1b所示，一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚丙烯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，所述的相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构。所述的基体聚合物为在一个大气压下的熔点温度为90℃的聚氨酯，所述的相变介质为聚乙二醇和葵二酸。所述的助交联剂为二叔丁基过氧化物。
上述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中中加入50重量份聚丙烯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入15重量份的聚乙二醇(数均分子量为(2000～6000))、15重量份的葵二酸、2.5重量份的偶氮二甲酰胺、0.5重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.5重量份的二叔丁基过氧化物、16.5重量份的熔点为90℃聚氨酯的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双组分皮芯纺丝组件进行熔融纺丝，得到可填充保暖功能型聚丙烯纤维，纺丝温度为200～240℃，纺丝速度为500～3000m/min，其中芯层孔洞率为约为20％、且孔径约为0.1μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到15～25J/g。
实施例3
如图2a和2b所示，一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚丙烯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，所述的相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第二部分分散在第一部分内部的双构分结构。所述的基体聚合物为在一个大气压下的熔点温度为130℃聚乳酸。所述的相变介质为石蜡。所述的助交联剂为过氧化二异丙苯。
上述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入90重量份聚丙烯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入2重量份的石蜡、0.05重量份的偶氮二甲酰胺、0.05重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.02重量份的过氧化二异丙苯、7.88重量份的熔点为130℃聚乳酸切片的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双构分纺丝组件进行熔融纺丝，纺丝温度为200～240℃，纺丝速度为500～3000m/min，得到可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其中类原纤结构的孔洞率为约为50％、且孔径约为1μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到3～7J/g。
实施例4
如图1a和1b所示，一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚丙烯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，所述的相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构。所述的基体聚合物在一个大气压下的熔点温度为100℃的聚羟基脂肪酸酯。所述的相变介质为硬脂酸。所述的助交联剂为过氧化二异丙苯。
上述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入25重量份聚丙烯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入22.5重量份的硬脂酸、2.25重量份的偶氮二甲酰胺、0.75重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.375重量份的过氧化二异丙苯、49.125重量份的熔点为100℃聚羟基脂肪酸酯的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用双组分皮芯纺丝组件进行熔融纺丝，纺丝温度为200～240℃，纺丝速度为500～3000m/min，得到可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其中芯层孔洞率为约为30％、且孔径约为0.5μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到10～20J/g。
实施例5
如图1a和1b所示，一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚丙烯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，所述的相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构。所述的基体聚合物为在一个大气压下的熔点为90℃的聚丁二酸丁二醇酯。所述的相变介质为硬脂酰氯和月桂酰氯。所述的助交联剂为过氧化二异丙苯。
上述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入50重量份聚丙烯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入20重量份的硬脂酰氯、10重量份的月桂酰氯、2.5重量份的偶氮二甲酰胺、0.5重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.5重量份的过氧化二异丙苯、16.5重量份的熔点为90℃的聚丁二酸丁二醇酯的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双组分皮芯纺丝组件进行熔融纺丝，纺丝温度为200～240℃，纺丝速度为500～3000m/min，得到可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其中芯层孔洞率为约为40％、且孔径约为0.8μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到15～25J/g。
实施例6
如图1a和1b所示，一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚丙烯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，所述的相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构。所述的基体聚合物为一个大气压下的熔点温度为95℃的聚乙烯。所述的相变介质为葵二酰氯。所述的助交联剂为过氧化二异丙苯。
上述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入50重量份聚丙烯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入30重量份的葵二酰氯、2.5重量份的偶氮二甲酰胺、0.5重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.5重量份的过氧化二异丙苯、16.5重量份的熔点为95℃聚乙烯的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双组分皮芯纺丝组件进行熔融纺丝，纺丝温度为200～240℃，纺丝速度为500～3000m/min，得到可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其中芯层孔洞率为约为45％、且孔径约为1μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到15～25J/g。
Claims (8)
1.一种可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其特征在于，包括第一部分和第二部分，所述的第二部分设于第一部分内部，所述的第一部分由包含纺丝级聚丙烯在内的原料制成，所述的第二部分的原料由相变介质20~60wt%、发泡剂偶氮二甲酰胺0.5~5 wt%、活化剂氧化锌0.5~1 wt%、助交联剂0.2~1 wt%和余量的基体聚合物组成，所述的第二部分具有闭孔结构，所述的相变介质分布于闭孔结构内和闭孔结构之间；所述的第二部分的闭孔结构的孔洞率为20~50%，孔径为0.1~1 μm。
2.如权利要求1所述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其特征在于，所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构或者构成第二部分分散在第一部分内部的双构分结构。
3.如权利要求1所述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其特征在于，所述的基体聚合物为聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚丁二酸丁二醇酯或聚乙烯。
4.如权利要求1所述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其特征在于，所述的基体聚合物在一个大气压下的熔点温度为90~130oC。
5.如权利要求1所述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其特征在于，所述的相变介质为聚乙二醇、石蜡、硬脂酸、月桂酸、葵二酸、聚乙二醇单丙烯酸酯、硬脂酰氯、月桂酰氯和葵二酰氯中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其特征在于，所述的助交联剂为过氧化二异丙苯或二叔丁基过氧化物。
7.如权利要求1所述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维，其特征在于，所述的第一部分和第二部分的质量比为1/3~9/1。
8.权利要求1-7中任一项所述的可填充保暖功能型聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括：将第一部分的原料和第二部分的原料分别采用第一单螺杆挤出机和第二单螺杆挤出机挤出，采用双组分纤维组件或双构分纤维纺丝组件进行熔融纺丝，得到可填充保暖功能型聚丙烯纤维。
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