CN113502562A - 一种中空蓄热保温聚乳酸纤维及其制备方法 - Google Patents

一种中空蓄热保温聚乳酸纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中空蓄热保温聚乳酸纤维及其制备方法，属于纺织领域。该方法包括制备碳化锆空心微球的步骤。本发明的中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，以碳化锆微球代替碳化锆粉体，得到的中空蓄热保温聚乳酸纤维的远红外发射率优良，均大于0.88。

Description

一种中空蓄热保温聚乳酸纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种中空蓄热保温聚乳酸纤维及其制备方法。
背景技术
聚乳酸，又称聚丙交酯，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种新型的生物降解材料。聚乳酸具有优良的生物相容性、亲肤性和柔软性，加工得到的面料温润柔滑、悬垂性好。
服装最重要的功能在于维持人体正常温度，使人体感到舒适。传统服装主要通过控制人体与外界环境之间的热辐射、热传导和对流而达到保温目的。当环境温度较低时，可通过适当增加织物的丰厚度，使织物的静止空气层的空间加大以提高保暖效果；环境温度接近或高于体温时，人体已难以通过辐射、对流和传导来散失热量，此时应降低织物厚度以增大人体与环境间的热交换，且皮肤还需大量排汗，利用汗液的蒸发带走热量才能维持体温的恒定。
CN112647145A公开了一种中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，其通过添加包括碳化锆粉体的蓄热保温母粒，与聚乳酸切片一起熔融纺丝。
发明内容
本发明研究了中空蓄热保温聚乳酸纤维制备中碳化锆不同形式的影响，尝试以碳化锆微球代替碳化锆粉体。
本发明的第一方面在于公开一种中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，包括制备碳化锆空心微球的步骤。
在本发明的一些优选的实施方式中，在所述制备碳化锆空心微球的过程中包括焙烧的步骤。
在本发明的一些优选的实施方式中，包括以下步骤：
S01，将聚锆氧烷溶于溶剂中，搅拌，加入对甲苯磺酸水溶液，搅拌，加入酚醛树脂，搅拌，干燥；优选所述溶剂为正丙醇；
S02，氩气气氛下排胶；
S03，浮选；
S04，焙烧；
S05，将碳化锆空心微球、助剂和3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体，搅拌，加入聚乳酸粉，熔融挤出纺丝，得到所述中空蓄热保温聚乳酸纤维。
在本发明的一些优选的实施方式中S01中，所述对甲苯磺酸水溶液的浓度为50-70％；所述聚锆氧烷与对甲苯磺酸水溶液、酚醛树脂的重量比例为(450-550)：(25-35)：(100-140)。
在本发明的一些优选的实施方式中，S02中，所述排胶的温度为升温至700-1000℃，升温速度为5-10℃/min，维持2-3h，自然冷却至室温。
在本发明的一些优选的实施方式中，S03中，所述浮选为用无水乙醇浮选，取上浮的部分。
在本发明的一些优选的实施方式中，S04中，所述焙烧的维持温度为1200-2000℃，优选为1500-1800℃，进一步优选为以5-10℃/min的升温速度升温至1500-1800℃，保温2h，5-10℃/min降至室温。
在本发明的一些的实施方式中，S05中，所述助剂为二氧化硅粉体。
在本发明的一些优选的实施方式中，S05中，所述碳化锆空心微球、1g二氧化硅粉体和89g 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体的比例为(8-15)：(0.5-1.5)：(84-91)，优选为12:1:87。
在本发明的一些优选的实施方式中，S05中，加入聚乳酸粉的重量比例为(0.05-0.5)：(99.5-99.95)，优选为0.2:99.8。
在本发明的一些优选的实施方式中，S05中，230～250℃下螺杆挤压熔融、3C中空喷丝板纺丝、环吹风冷却、卷绕、落桶、集束、牵伸、紧张热定型、叠丝、上油、卷曲、切断和成包得到中空蓄热保温聚乳酸纤维；
优选地，所述异形喷丝板纺丝的温度为240～260℃，纺速为1080m/min；所述牵伸的牵伸倍数为3.5倍；所述牵伸的牵伸油槽温度为65～70℃；所述紧张热定型的辊面温度是150℃。
在本发明的一些优选的实施方式中，S01，聚锆氧烷在溶剂中的浓度通过以下公式确定：
Figure BDA0003197259060000041
其中，a和b为矫正系数，分别取值为0.07-0.09和0.12-0.14，Cs为标准浓度单元，取值0.5g/g。
Figure BDA0003197259060000043
为0.5g聚锆氧烷在0.5g溶剂中的粘度，
Figure BDA0003197259060000044
为溶剂的粘度。
在本发明的一些优选的实施方式中，排胶和焙烧的温度通过以下PID算法进行控制：
Figure BDA0003197259060000042
其中，Δu(c)为对应两次测试温度时间间隔内温度的变化量；Kc为常数，5-6；f(C)为第C次采样时偏差，f(C-1)为第C-1次采样时偏差，f(C-2)为第C-2次采样时偏差；TS为采样周期，1.0-1.5；TI为积分时间，1.0-1.2min；TD为微分时间，0.8-1.2min。
本发明的第二方面在于公开第一方面的制备方法得到的中空蓄热保温聚乳酸纤维。
本发明的有益效果：
(1)本发明的中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，以碳化锆微球代替碳化锆粉体，得到的中空蓄热保温聚乳酸纤维的远红外发射率优良，均大于0.88；
(2)本发明的中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法研究中，考察了聚乳酸粉添加比例的影响，还发现了碳化锆空心微球制备过程中特定的焙烧温度对远红外发射率的预料不到的影响。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
所述聚锆氧烷中锆含量为32％(wt)。所述二氧化硅粉体平均粒径为20nm。对照例中的碳化锆粉体，平均粒径为20nm。
所述熔融挤出纺丝230～250℃下螺杆挤压熔融、3C中空喷丝板纺丝、环吹风冷却、卷绕、落桶、集束、牵伸、紧张热定型、叠丝、上油、卷曲、切断和成包得到中空蓄热保温聚乳酸纤维；其中，所述异形喷丝板纺丝的温度为240～260℃，纺速为1080m/min；所述牵伸的牵伸倍数为3.5倍；所述牵伸的牵伸油槽温度为65～70℃；所述紧张热定型的辊面温度是150℃。
若非特别指出，实施例和对比例为组分、组分含量、制备步骤、制备参数相同的平行试验。
实施例1
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将500g聚锆氧烷溶于800g正丙醇中，搅拌均匀，加入30g 60％的对甲苯磺酸水溶液，搅拌均匀，加入120g酚醛树脂，搅拌均匀，喷雾干燥，干燥，备用；
(2)排胶：排胶炉中氩气气氛下进行，从25℃升温至800℃，升温速度为5℃/min，维持2h，自然冷却至室温；
(3)浮选：用无水乙醇浮选，取上浮的部分，干燥；
(4)焙烧：马弗炉中，氩气气氛下进行，以5℃/min的升温速度升温至1600℃，保温2h，5℃/min降至室温，得到碳化锆空心微球；
(5)将10g碳化锆空心微球、1g二氧化硅粉体和89g 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体，混合搅拌，按0.2:99.8的重量比例加入聚乳酸粉，螺杆挤压熔融挤出纺丝，得到所述中空蓄热保温聚乳酸纤维。
实施例2
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将500g聚锆氧烷溶于800g正丙醇中，搅拌均匀，加入30g 60％的对甲苯磺酸水溶液，搅拌均匀，加入120g酚醛树脂，搅拌均匀，喷雾干燥，干燥，备用；
(2)排胶：排胶炉中氩气气氛下进行，从25℃升温至900℃，升温速度为10℃/min，维持2h，自然冷却至室温；
(3)浮选：用无水乙醇浮选，取上浮的部分，干燥；
(4)焙烧：马弗炉中，氩气气氛下进行，以5℃/min的升温速度升温至1500℃，保温2h，5℃/min降至室温，得到碳化锆空心微球；
(5)将10g碳化锆空心微球、1g二氧化硅粉体和89g 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体，混合搅拌，按0.2:99.8的重量比例加入聚乳酸粉，螺杆挤压熔融挤出纺丝，得到所述中空蓄热保温聚乳酸纤维。
实施例3
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将500g聚锆氧烷溶于800g正丙醇中，搅拌均匀，加入30g 60％的对甲苯磺酸水溶液，搅拌均匀，加入120g酚醛树脂，搅拌均匀，喷雾干燥，干燥，备用；
(2)排胶：排胶炉中氩气气氛下进行，从25℃升温至700℃，升温速度为5℃/min，维持3h，自然冷却至室温；
(3)浮选：用无水乙醇浮选，取上浮的部分，干燥；
(4)焙烧：马弗炉中，氩气气氛下进行，以5℃/min的升温速度升温至1800℃，保温2h，5℃/min降至室温，得到碳化锆空心微球；
(5)将10g碳化锆空心微球、1g二氧化硅粉体和89g 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体，混合搅拌，按0.2:99.8的重量比例加入聚乳酸粉，螺杆挤压熔融挤出纺丝，得到所述中空蓄热保温聚乳酸纤维。
实施例4
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将500g聚锆氧烷溶于800g正丙醇中，搅拌均匀，加入30g 60％的对甲苯磺酸水溶液，搅拌均匀，加入120g酚醛树脂，搅拌均匀，喷雾干燥，干燥，备用；
(2)排胶：排胶炉中氩气气氛下进行，从25℃升温至800℃，升温速度为10℃/min，维持2h，自然冷却至室温；
(3)浮选：用无水乙醇浮选，取上浮的部分，干燥；
(4)焙烧：马弗炉中，氩气气氛下进行，以10℃/min的升温速度升温至1600℃，保温2h，10℃/min降至室温，得到碳化锆空心微球；
(5)将10g碳化锆空心微球、1g二氧化硅粉体和89g 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体，混合搅拌，按0.2:99.8的重量比例加入聚乳酸粉，螺杆挤压熔融挤出纺丝，得到所述中空蓄热保温聚乳酸纤维。
实施例5
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将500g聚锆氧烷溶于800g正丙醇中，搅拌均匀，加入30g 60％的对甲苯磺酸水溶液，搅拌均匀，加入120g酚醛树脂，搅拌均匀，喷雾干燥，干燥，备用；
(2)排胶：排胶炉中氩气气氛下进行，从25℃升温至1000℃，升温速度为5℃/min，维持2h，自然冷却至室温；
(3)浮选：用无水乙醇浮选，取上浮的部分，干燥；
(4)焙烧：马弗炉中，氩气气氛下进行，以5℃/min的升温速度升温至1800℃，保温2h，5℃/min降至室温，得到碳化锆空心微球；
(5)将10g碳化锆空心微球、1g二氧化硅粉体和89g 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体，混合搅拌，按0.2:99.8的重量比例加入聚乳酸粉，螺杆挤压熔融挤出纺丝，得到所述中空蓄热保温聚乳酸纤维。
实施例6
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将500g聚锆氧烷溶于800g正丙醇中，搅拌均匀，加入30g 60％的对甲苯磺酸水溶液，搅拌均匀，加入120g酚醛树脂，搅拌均匀，喷雾干燥，干燥，备用；
(2)排胶：排胶炉中氩气气氛下进行，从25℃升温至800℃，升温速度为5℃/min，维持2h，自然冷却至室温；
(3)浮选：用无水乙醇浮选，取上浮的部分，干燥；
(4)焙烧：马弗炉中，氩气气氛下进行，以5℃/min的升温速度升温至1600℃，保温2h，5℃/min降至室温，得到碳化锆空心微球；
(5)将8g碳化锆空心微球、1g二氧化硅粉体和91g 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体，混合搅拌，按0.2:99.8的重量比例加入聚乳酸粉，螺杆挤压熔融挤出纺丝，得到所述中空蓄热保温聚乳酸纤维。
实施例7
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将500g聚锆氧烷溶于800g正丙醇中，搅拌均匀，加入30g 60％的对甲苯磺酸水溶液，搅拌均匀，加入120g酚醛树脂，搅拌均匀，喷雾干燥，干燥，备用；
(2)排胶：排胶炉中氩气气氛下进行，从25℃升温至800℃，升温速度为5℃/min，维持2h，自然冷却至室温；
(3)浮选：用无水乙醇浮选，取上浮的部分，干燥；
(4)焙烧：马弗炉中，氩气气氛下进行，以5℃/min的升温速度升温至1600℃，保温2h，5℃/min降至室温，得到碳化锆空心微球；
(5)将12g碳化锆空心微球、1g二氧化硅粉体和87g 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体，混合搅拌，按0.2:99.8的重量比例，螺杆挤压熔融挤出纺丝，得到所述中空蓄热保温聚乳酸纤维。
实施例8
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将500g聚锆氧烷溶于800g正丙醇中，搅拌均匀，加入30g 60％的对甲苯磺酸水溶液，搅拌均匀，加入120g酚醛树脂，搅拌均匀，喷雾干燥，干燥，备用；
(2)排胶：排胶炉中氩气气氛下进行，从25℃升温至800℃，升温速度为5℃/min，维持2h，自然冷却至室温；
(3)浮选：用无水乙醇浮选，取上浮的部分，干燥；
(4)焙烧：马弗炉中，氩气气氛下进行，以5℃/min的升温速度升温至1600℃，保温2h，5℃/min降至室温，得到碳化锆空心微球；
(5)将15g碳化锆空心微球、1g二氧化硅粉体和84g 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体，混合搅拌，按0.2:99.8的重量比例加入聚乳酸粉，螺杆挤压熔融挤出纺丝，得到所述中空蓄热保温聚乳酸纤维。
实施例9
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，与实施例1的区别在于，S01，聚锆氧烷在溶剂中的浓度通过以下公式确定：
Figure BDA0003197259060000111
其中，a和b为矫正系数，分别取值为0.07-0.09和0.12-0.14，Cs为标准浓度单元，取值0.5g/g。
Figure BDA0003197259060000122
为0.5g聚锆氧烷在0.5g溶剂中的粘度，
Figure BDA0003197259060000123
为溶剂的粘度。
本实施例的方法，根据聚锆氧烷在溶剂中的粘度，确定适宜的聚锆氧烷浓度，提供了后续操作的体系平台，促进了反应的顺利完成。
实施例10
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，与实施例1的区别在于，排胶和焙烧的温度通过以下PID算法进行控制：
Figure BDA0003197259060000121
其中，Δu(c)为对应两次测试温度时间间隔内温度的变化量；Kc为常数，5-6；f(C)为第C次采样时偏差，f(C-1)为第C-1次采样时偏差，f(C-2)为第C-2次采样时偏差；TS为采样周期，1.0-1.5；TI为积分时间，1.0-1.2min；TD为微分时间，0.8-1.2min。
本实施例的温度控制方法。减少了温度的波动和扰动，保障了温度的准确，减少了误差。
对比例1
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，与实施例1的区别在于，采用碳化锆粉体。
对比例2
中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，与实施例1的区别在于：
(4)焙烧：马弗炉中，氩气气氛下进行，以5℃/min的升温速度升温至1000℃，保温4h，5℃/min降至室温，得到碳化锆空心微球。
性能考察
取实施例和对比例的材料，开松、梳理等工序后制成中空蓄热保温聚乳酸纤维絮片，参照《纺织品远红外性能的检测和评价GB/T30127-2013》标准检测远红外发射率，结果见表1。
表1 中空蓄热保温聚乳酸纤维的远红外发射率
Figure BDA0003197259060000131
Figure BDA0003197259060000141
同一列数据中，标注不同的小写字母表示显著差异，P＜0.05
结果表明，实施例1-8得到的中空蓄热保温聚乳酸纤维制成的絮片的远红外发射率，均具有较高的远红外发射率，大于0.88。实施例1的远红外发射率显著高于对比例1，表明了碳化锆空心微球相对于碳化锆粉体的作用；实施例1的远红外发射率显著高于对比例2，表明了碳化锆空心微球制备过程中焙烧的温度的显著影响。实施例1-8中，又以实施例7为最优，取得了预料不到的技术效果。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种中空蓄热保温聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，包括制备碳化锆空心微球的步骤。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述制备碳化锆空心微球的过程中包括焙烧的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01，将聚锆氧烷溶于溶剂中，搅拌，加入对甲苯磺酸水溶液，搅拌，加入酚醛树脂，搅拌，干燥；优选所述溶剂为正丙醇；
S02，氩气气氛下排胶；
S03，浮选；
S04，焙烧；
S05，将碳化锆空心微球、助剂和3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体，搅拌，加入聚乳酸粉，熔融挤出纺丝，得到所述中空蓄热保温聚乳酸纤维。
4.根据权利要求1-3任一所述的制备方法，其特征在于，S01中，所述对甲苯磺酸水溶液的浓度为50-70％；所述聚锆氧烷与对甲苯磺酸水溶液、酚醛树脂的重量比例为(450-550)：(25-35)：(100-140)。
5.根据权利要求1-4任一所述的制备方法，其特征在于，S02中，所述排胶的温度为升温至700-1000℃，升温速度为5-10℃/min，维持2-3h，自然冷却至室温。
6.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，S03中，所述浮选为用无水乙醇浮选，取上浮的部分。
7.根据权利要求1-6任一所述的制备方法，其特征在于，S04中，所述焙烧的维持温度为1200-2000℃，优选为1500-1800℃，进一步优选为以5-10℃/min的升温速度升温至1500-1800℃，保温2h，5-10℃/min降至室温。
8.根据权利要求1-7任一所述的制备方法，其特征在于，S05中，所述助剂为二氧化硅粉体；
和/或，S05中，所述碳化锆空心微球、1g二氧化硅粉体和89g 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂粉体的比例为(8-15)：(0.5-1.5)：(84-91)，优选为12:1:87；
和/或，S05中，加入聚乳酸粉的重量比例为(0.05-0.5)：(99.5-99.95)，优选为0.2:99.8。
9.根据权利要求1-8任一所述的制备方法，其特征在于，S05中，230～250℃下螺杆挤压熔融、3C中空喷丝板纺丝、环吹风冷却、卷绕、落桶、集束、牵伸、紧张热定型、叠丝、上油、卷曲、切断和成包得到中空蓄热保温聚乳酸纤维；
优选地，所述异形喷丝板纺丝的温度为240～260℃，纺速为1080m/min；所述牵伸的牵伸倍数为3.5倍；所述牵伸的牵伸油槽温度为65～70℃；所述紧张热定型的辊面温度是150℃。
10.根据权利要求1-9任一所述的制备方法得到的中空蓄热保温聚乳酸纤维。
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