CN109112657B - 一种自发热纤维素纤维及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自发热纤维素纤维的制备方法及采用该方法所制备的自发热纤维素纤维。其制备方法包括纺丝液的准备和自发热纤维素纤维的制备。该自发热纤维素纤维含有0.5~3 wt%的辣椒素，且均匀分布在纤维素纤维内部的多孔结构中，其孔径分布在20‑100nm。该自发热纤维素纤维具有很好的发热功效以及稳定性，经1‑3wt%的十二烷基磺酸钠溶液洗涤10‑70次之后仍能保留原有发热功能性的95%及以上，可广泛应用于内衣、家纺、袜子等制品。
Description
技术领域
本发明属于功能性纺织纤维材料领域，具体涉及一种自发热纤维素纤维及其制备方法和该自发热纤维素纤维的应用。
技术背景
发热纤维的研发一直是功能性纺织材料开发中的热门问题之一。目前，发热纤维的开发主要集中在以下两个方面：一是通过添加具有远红外发射功能的无机粉体（如CN201110251339.5）或添加电热材料（如CN201510624366.0）实现纤维自发热，但这种发热纤维不宜用于儿童、孕妇的用品，对于心脏功能不好的人群也不宜使用。二是通过纤维吸湿发热（如CN201110098693.9），但该类材料对纤维有要求，需要吸湿性好的纤维才能制成吸湿发热纤维，在材料方面受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的之一是针对上述现有技术中发热纤维所存在的问题，提供一种新型自发热纤维素纤维的制备方法。
本发明所述的自发热纤维素纤维的制备方法，是将辣椒素与纤维素混合制成溶液，通过湿法纺丝制备得到自发热纤维素纤维，具体包括如下步骤：
（1）纺丝液的准备：
取0.5-3%的辣椒素溶解在4-7%的氢氧化钠和6-12%的尿素溶液中形成混合溶液，并预冷至-12℃；再将3-5%的纤维素分散至上述混合溶液中，剧烈搅拌至纤维素溶解，得到含有辣椒素的纤维素纺丝液，脱泡备用；
或者，直接将0.5-3%的辣椒素均匀混入3-5%的黏胶纤维素溶液中，得到含有辣椒素的黏胶纤维素纺丝液，脱泡备用；
（2）自发热纤维素纤维的制备：
将上一步制得的纤维素纺丝液或黏胶纤维素纺丝液先通过凝固浴工艺处理，湿法纺丝制备负载辣椒素的纤维素纤维，然后经过5-20%倍率拉伸后卷绕，再经过水洗，自然晾干，最后制得自发热纤维素纤维；
以上各组分的比例均为质量百分比。
进一步地，所述步骤（2）中纤维素纺丝液或黏胶纤维素纺丝液通过凝固浴工艺处理的步骤具体包括：
纤维素纺丝液或黏胶纤维素纺丝液先通过孔径为60-80μm的喷丝孔形成细流，然后进入质量百分比为10-30%的硫酸钠溶液或质量百分比为5-10%硫酸溶液中进行凝固再生，凝固浴的温度为20-50 ℃。
本发明的又一目的是提供一种采用本发明所述的方法制备的自发热纤维素纤维。
本发明所述的方法制备的自发热纤维素纤维为多孔结构，其孔径为20-100 nm，所述辣椒素均匀分布在多孔结构的纤维素纤维中。
发明的再一目的是提供上述自发热纤维素纤维的应用，采用本发明制备方法制得的自发热纤维素纤维能够用于制作内衣、袜子或家用纺织制品。
辣椒素，是辣椒中的活性成分，它可以对一种叫SERCA的肌肉蛋白产生影响，通常情况下，SERCA消耗ATP（一种分子燃料）将钙离子"泵"过细胞膜上的钙离子通道，这有助于收缩了的肌肉舒张放松。但是辣椒素的增加会关闭钙离子通道，导致SERCA消耗的ATP只能以热量的形式释放，这就是所谓的生热作用。此外，辣椒素具有很强的抗肥胖活性，能够促进脂肪分解，促进热量产生。本发明利用辣椒素的发热功能来制备相应的自发热材料。
与通过添加具有远红外发射功能的无机粉体或添加电热材料实现纤维自发热，以及通过纤维吸湿发热等现有技术制备发热纤维材料相比，本发明的有益效果是：
本发明的自发热纤维的制备方法，将辣椒素添加到纤维素材料中，选用辣椒素为发热成分，生物相容性好、可降解、安全性高。采用本发明的方法制备得到的发热纤维素纤维，具有多孔结构可帮助辣椒素均匀分散，并且具有稳定、耐洗涤的优点。用1-3wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤，洗涤10-70次不等，保持原发热功能性的95%以上。本发明的辣椒素原料来源广泛，制成自发热纤维素纤维的成本低廉，操作工艺易于控制；此种自发热纤维素纤维的利用价值高，制成内衣、袜子以及家纺制品，具有御寒保暖和保健功效。
具体实施方案
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
本发明提供的一种自发热纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）纺丝液的准备：按照0.5%的质量百分比将天然辣椒素溶解在7wt%NaOH和12wt%尿素溶液中形成混合溶液并预冷至-12℃；再按照3%的质量百分比将纤维素分散至上述辣椒素的混合溶液中，剧烈搅拌溶解纤维素，得到含有辣椒素的纤维素纺丝液，脱泡备用；
（2）自发热纤维素纤维的制备：混合纺丝液通过孔径为70μm的喷丝孔形成细流进入质量百分比为30%的硫酸钠溶液中，凝固浴处理温度控制在20 -30℃，湿法纺丝制备负载辣椒素的纤维素纤维，经15-20%倍率拉伸后卷绕，水洗、自然晾干，即得自发热纤维素纤维。所得自发热纤维素纤维内部呈多孔结构，孔径分布在20-100 nm。使用该纤维织成布料，25℃环境条件下覆盖皮肤5分钟后，通过红外线成像仪拍摄的结果表明覆盖处体温由36℃变为36.7℃，上升0.7℃。用1-3wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤，洗涤20次时，保持原发热功能性的95%以上。
实施例2：
（1）纺丝液的准备：按照1.5%的质量百分比将天然辣椒素溶解在5wt%NaOH和10wt%尿素溶液中形成混合溶液并预冷至-12℃；再按照5%的质量百分比将纤维素分散至上述辣椒素的混合溶液中，剧烈搅拌溶解纤维素，得到含有辣椒素的纤维素纺丝液，脱泡备用；
（2）自发热纤维素纤维的制备：混合纺丝液通过孔径为80μm的喷丝孔形成细流进入质量百分比为5-10%的硫酸水溶液中，温度为40-50 ℃，湿法纺丝制备负载辣椒素的纤维素纤维，经5-10%倍率拉伸后卷绕，水洗、自然晾干，即得自发热纤维素纤维。所得自发热纤维素纤维内部呈多孔结构，孔径分布在30-70 nm。使用该纤维织成布料，25℃环境条件下覆盖皮肤5分钟后，通过红外线成像仪拍摄的结果表明覆盖处体温由36.2℃变为39℃，上升2.8℃。用3wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤，洗涤40次时，具有原发热功能性的95%以上。
实施例3：
（1）纺丝液的准备：按照2-3%的质量百分比将人工合成辣椒素溶解在4wt%NaOH和6wt%尿素溶液中形成混合溶液并预冷至-12℃；再按照4%的质量百分比将纤维素分散至上述辣椒素的混合溶液中，剧烈搅拌溶解纤维素，得到含有辣椒素的纤维素纺丝液，脱泡备用；
（2）自发热纤维素纤维的制备：混合纺丝液通过孔径为60μm的喷丝孔形成细流进入质量百分比为10%的硫酸钠溶液中，温度为25-30℃，湿法纺丝制备负载辣椒素的纤维素纤维，经10-15%倍率拉伸后卷绕，水洗、自然晾干，即得自发热纤维素纤维。所得自发热纤维素纤维内部呈多孔结构，孔径分布在50-100 nm。使用该纤维织成布料，25℃环境条件下覆盖皮肤5分钟后，通过红外线成像仪拍摄的结果表明覆盖处体温由36.1℃变为39.6-40.1℃，上升3.5-4℃。用1.5wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤70次，达到原发热功能性的95%以上。
实施例4：
（1）纺丝液的准备：按照2-3%的质量百分比将人工合成辣椒素溶解在7wt%NaOH和12wt%尿素溶液中形成混合溶液并预冷至-12℃；再按照5%的质量百分比将纤维素分散至上述辣椒素的混合溶液中，剧烈搅拌溶解纤维素，得到含有辣椒素的纤维素纺丝液，脱泡备用；
（2）自发热纤维素纤维的制备：混合纺丝液通过孔径为70μm的喷丝孔形成细流进入质量百分比为5-10%的硫酸钠溶液中，温度为50 ℃，湿法纺丝制备负载辣椒素的纤维素纤维，经20%倍率拉伸后卷绕，水洗、自然晾干，即得自发热纤维素纤维。所得自发热纤维素纤维内部呈多孔结构，孔径分布在70-100 nm。使用该纤维织成布料，25℃环境条件下覆盖皮肤5分钟后，通过红外线成像仪拍摄的结果表明覆盖处体温由35.7℃变为39.5-9.9℃，上升3.8-4.2℃。用2wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤50次，具有原发热功能性的95%以上。
实施例5：
（1）纺丝液的准备：按照0.5-1%的质量百分比将人工合成辣椒素溶解在5wt%NaOH和8wt%尿素溶液中形成混合溶液并预冷至-12℃；再按照3%的质量百分比将纤维素分散至上述辣椒素的混合溶液中，剧烈搅拌溶解纤维素，得到含有辣椒素的纤维素纺丝液，脱泡备用；
（2）自发热纤维素纤维的制备：混合纺丝液通过孔径为20μm的喷丝孔形成细流进入质量百分比为15%的硫酸钠溶液中，温度为50℃，湿法纺丝制备负载辣椒素的纤维素纤维，经5%倍率拉伸后卷绕，水洗、自然晾干，即得自发热纤维素纤维。所得自发热纤维素纤维内部呈多孔结构，孔径分布在80-100 nm。使用该纤维织成布料，25℃环境条件下覆盖皮肤5分钟后，通过红外线成像仪拍摄的结果表明覆盖处体温由35.8℃变为37-39℃，上升1.2-3.2℃。用1-2wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤60次时，具有原发热功能性的95%以上。
实施例6：
（1）纺丝液的准备：按照2%的质量百分比将人工合成辣椒素添加至3-4%的黏胶纤维素溶液中，剧烈搅拌，得到均匀分散有辣椒素的纤维素纺丝液，脱泡备用；
（2）自发热纤维素纤维的制备：混合纺丝液通过孔径为60μm的喷丝孔形成细流进入质量百分比为5%的硫酸溶液中，温度为50℃，湿法纺丝制备负载辣椒素的纤维素纤维，经7%倍率拉伸后卷绕，水洗、自然晾干，即得自发热纤维素纤维。所得自发热纤维素纤维内部呈多孔结构，孔径为90 nm。使用该纤维织成布料，25℃环境条件下覆盖皮肤5分钟后，通过红外线成像仪拍摄的结果表明覆盖处体温由36.4℃变为40.3℃，上升3.9℃。用3wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤，洗涤60次时，具有原发热功能性的95%以上。
实施例7：应用实施例
通过上述实施例1~6 制备方法得到的自发热纤维素纤维，具有优异的发热保暖性、耐洗涤性；此外还具有抗菌除臭功效，应用于制作内衣内裤、袜子及被单、被罩、沙发套、坐垫等家纺产品。
以上所述各实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳实施样例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (3)
1.一种自发热纤维素纤维的制备方法，其特征在于，将辣椒素与纤维素混合制成溶液，通过湿法纺丝制备得到自发热纤维素纤维，具体包括如下步骤：
（1）纺丝液的准备：
取0.5-3%的辣椒素溶解在4-7%的氢氧化钠和6-12%的尿素溶液中形成混合溶液，并预冷至-12℃；再将3-5%的纤维素分散至上述混合溶液中，剧烈搅拌至纤维素溶解，得到含有辣椒素的纤维素纺丝液，脱泡备用；
（2）自发热纤维素纤维的制备：
将上一步制得的含有辣椒素的纤维素纺丝液通过湿法纺丝工艺制备成负载辣椒素的纤维素纤维，所述纤维素纤维为多孔结构，其孔径为20-100 nm，所述辣椒素均匀分布在多孔结构的纤维素纤维中，然后经过5-20%倍率拉伸后卷绕，再经过水洗，自然晾干，最后制得自发热纤维素纤维；
所述湿法纺丝工艺的步骤具体包括：含有辣椒素的纤维素纺丝液先通过孔径为60-80μm的喷丝孔形成细流，然后进入质量百分比为10-30%的硫酸钠溶液或质量百分比为5-10%硫酸溶液中进行凝固再生，凝固浴的温度为20-50 ℃；以上各组分的比例均为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的自发热纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述辣椒素为天然辣椒素或人工合成辣椒素。
3.一种根据权利要求2所述的方法制得的自发热纤维素纤维的应用，其特征在于，所述的自发热纤维素纤维用于制作家用纺织制品。
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