CN108728932B - 一种纳米储能纤维及其制备方法 - Google Patents

一种纳米储能纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种纳米储能纤维及其制备方法，属于储能材料领域，所述纳米储能纤维的尺寸为300‑800nm，该纤维具有温度调节功能，其相变潜热为100‑150 J/g。其制备方法包括以下步骤：将聚合物加入到有机溶剂中，搅拌直至溶解后，依次再加入温度敏感型高分子材料聚N‑异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌直至形成均匀的混合液；将混合液泵入溶液喷射纺丝机中，从注射器中的喷头，经喷丝口喷出，在高速环形气流的环吹作用下，牵伸并经热辐射干燥，即得到纳米储能纤维。通过溶液喷射纺丝方法得到的纤维具有较大的比表面积，具有较高的相变潜热和较适宜的相变温度，可以适用于建筑节能、热传感器、服装织物等领域。

Description

一种纳米储能纤维及其制备方法
技术领域
本申请涉及储能材料领域，具体涉及一种纳米储能纤维及其制备方法。
背景技术
相变储能纤维技术起源于相变储能材料技术，该技术是由美国国家航天航空局于20世纪70年代末至80年代初开发的。相变储能纤维可以在不同的温度下，激发启动吸热或放热，通常又被称为自适应相变储能纤维。当温度高于某一阈值时，纤维相变会吸热，使温度不再升高，而当温度低于某一阈值时，纤维相变又会放热，使温度不再降低,可在温度振荡的环境中反复循环使用。
目前，存在多种相变储能纤维。如将相变石蜡或可结晶的聚乙二醇等材料封装在纤维内部的空腔中，或者将相变材料制备成相变微胶囊，然后通过后整理的方式将相变微胶囊整理到纤维表面，以得到相变储能纤维，这些技术分别存在封装难以控制、储能持久性不足等问题。
基于以上问题和不足，本申请采用目前最新的纺丝技术——溶液喷射纺丝方法，实现温度调节高分子材料与聚合物的共混纺丝，得到相变储能纤维。
发明内容
为解决以上技术问题，本申请提出以下技术方案：
一种纳米储能纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚合物加入到有机溶剂中，搅拌直至溶解后，依次再加入温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌直至形成均匀的混合液；
（2）溶液喷射纺丝：将混合液泵入溶液喷射纺丝机中，从注射器中的喷头，经喷丝口喷出，在高速环形气流的环吹作用下，牵伸并经热辐射干燥，即得到纳米储能纤维。
作为优选，所述聚合物、温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量之比为100-150：20-40：10-15：3-6。
作为优选，所述聚合物为聚酯、聚丙烯、聚酰胺或聚乙烯中的一种或多种。
作为优选，所述步骤（1）中的搅拌均是在乳化机中进行，搅拌功率为400-1000w，搅拌时间为20-60min。
作为优选，所述有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺的一种或多种。
作为优选，所述高速气流的气压为0.1MPa-0.25MPa。
经测定，采用上述制备方法制备得到的具有温度调节功能的纳米储能纤维，纳米纤维的尺寸为300-800nm，其相变潜热为100-150J/g。。
上述方法得到的纳米储能纤维可以广泛应用于建筑节能、热传感器、服装织物领域。
有益效果
（1）聚丙烯酸钠盐的加入，利于温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）与纺丝基体聚合物的共融，避免水性的温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）在纺丝过程中与纺丝基体聚合物之间的相分离，脂肪醇聚氧乙烯醚的加入，有利于降低聚合物体系的表面张力，利于纺丝溶液从喷丝口的喷出，聚丙烯酸钠盐和脂肪醇聚氧乙烯醚的复配使用，协同起到提高纺丝液稳定性的作用；
（2）采用的溶液喷射纺丝方法，与以往制备纳米纤维常用的静电纺丝方法相比，具有很大的优势，其具有较高的生产效率，其生产效率能提高3-5倍，且生产过程安全，避免了高压带来的潜在不安全因素；且通过溶液喷射纺丝方法得到的纳米纤维的尺寸在300-800nm，具有较大的比表面积，其相变潜热为100-150J/g，具有较高的相变潜热和较适宜的相变温度，可以适用于建筑节能、热传感器、服装织物等领域。
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。
实施例一
一种纳米储能纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚合物加入到有机溶剂中，搅拌直至溶解后，依次再加入温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌直至形成均匀的混合液；
（2）溶液喷射纺丝：将混合液泵入溶液喷射纺丝机中，从注射器中的喷头，经喷丝口喷出，在高速环形气流的环吹作用下，牵伸并经热辐射干燥，即得到纳米储能纤维。
所述聚合物、温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量之比为100：20：10：3。
所述聚合物为聚酯。
所述步骤（1）中的搅拌均是在乳化机中进行，搅拌功率为400w，搅拌时间为60min。
所述有机溶剂为四氢呋喃。
所述高速气流的气压为0.1MPa。
采用上述制备方法制备得到的具有温度调节功能的纳米储能纤维，经测定，纳米纤维的尺寸为800nm。
采用DSC差热分析仪对纤维的相变能力进行测试，结果表明，纤维在33℃出现了明显的吸热过程，相变潜热为111.3J/g，说明该纳米储能纤维具有相变储能性质。
实施例二
一种纳米储能纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚合物加入到有机溶剂中，搅拌直至溶解后，依次再加入温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌直至形成均匀的混合液；
（2）溶液喷射纺丝：将混合液泵入溶液喷射纺丝机中，从注射器中的喷头，经喷丝口喷出，在高速环形气流的环吹作用下，牵伸并经热辐射干燥，即得到纳米储能纤维。
所述聚合物、温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量之比为150：40：15：6。
所述聚合物为聚酰胺。
所述步骤（1）中的搅拌均是在乳化机中进行，搅拌功率为1000w，搅拌时间为20min。
所述有机溶剂为丙酮。
所述高速气流的气压为0.25MPa。
采用上述制备方法制备得到的具有温度调节功能的纳米储能纤维，经测定，纳米纤维的尺寸为300nm。
采用DSC差热分析仪对纤维的相变能力进行测试，结果表明，纤维在33℃出现了明显的吸热过程，相变潜热为128.5J/g，说明该纳米储能纤维具有相变储能性质。
实施例三
一种纳米储能纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚合物加入到有机溶剂中，搅拌直至溶解后，依次再加入温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌直至形成均匀的混合液；
（2）溶液喷射纺丝：将混合液泵入溶液喷射纺丝机中，从注射器中的喷头，经喷丝口喷出，在高速环形气流的环吹作用下，牵伸并经热辐射干燥，即得到纳米储能纤维。
所述聚合物、温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量之比为120：30：12：5。
所述聚合物为聚丙烯和聚乙烯的混合物，其中二者质量之比为1:2。
所述步骤（1）中的搅拌均是在乳化机中进行，搅拌功率为600w，搅拌时间为40min。
所述有机溶剂为二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺的混合液，其中二者的质量之比为1;1。
所述高速气流的气压为0.20MPa。
采用上述制备方法制备得到的具有温度调节功能的纳米储能纤维，经测定，纳米纤维的尺寸为490nm。
采用DSC差热分析仪对纤维的相变能力进行测试，结果表明，纤维在33℃出现了明显的吸热过程，相变潜热为124.2J/g，说明该纳米储能纤维具有相变储能性质。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种纳米储能纤维，其特征在于，采用溶液喷射纺丝法制备得到，所述纳米储能纤维的尺寸为300-800nm，该纤维具有温度调节功能，其相变潜热为100-150 J/g；
纳米储能纤维的方法，包括以下步骤：
（1）将聚合物加入到有机溶剂中，搅拌直至溶解后，依次再加入温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚，搅拌直至形成均匀的混合液；
（2）溶液喷射纺丝：将混合液泵入溶液喷射纺丝机中，从注射器中的喷头，经喷丝口喷出，在高速环形气流的环吹作用下，牵伸并经热辐射干燥，即得到纳米储能纤维；
聚合物、温度敏感型高分子材料聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚的质量之比为100-150：20-40：10-15：3-6；
所述高速环形气流的气压为0.1MPa-0.25 Mpa；
聚合物为聚酯、聚丙烯、聚酰胺或聚乙烯中的一种或多种；
步骤（1）中的搅拌均是在乳化机中进行，搅拌功率为400-1000w，搅拌时间为20-60min。
2.根据权利要求1所述的纳米储能纤维，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺的一种或多种。
3.将权利要求1-2任一项所述的纳米储能纤维用于建筑节能、热传感器、服装织物领域的应用。
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