CN114262949A - 一种蓄热调温聚丙烯单丝的制备方法 - Google Patents

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成晓燕
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本发明公开了一种蓄热调温聚丙烯单丝的制备方法,包括(1)碱式硫酸镁晶须的改性处理;(2)PP增强改性;(3)相变微胶囊的制备;(4)涂覆液的制备;(5)对无油聚丙烯单丝进行涂覆处理。本发明制备的蓄热调温聚丙烯单丝强度大,能显著增加建筑墙体的强度;本发明制备的蓄热调温聚丙烯单丝亲水性能好,与墙体材料粘结力好;本发明制备的聚丙烯单丝具有蓄热调温的功效,冬暖夏凉,提高居住舒适感,满足人们更高层次的居住需求。

Description

一种蓄热调温聚丙烯单丝的制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯单丝的制备方法。
背景技术
相变材料(PCM)作为储能介质,利用其相态转变吸收或释放能量,达到储能调温的目的。相变材料大致分为四种类型:固-气型相变材料、液-气型相变材料、固-液型相变材料和固-固型相变材料。固-液型相变材料相变潜热较高,在相变过程中近似恒温,因此,固液相变材料应用较为广泛。相变材料被广泛应用于建筑、调温纺织品、航天等领域。相变材料用在消防服中,可以有效减小热压,为高温火场下的劳动者提供必要的安全防护;用在宇航服中,具有抵御太空极端温度的功能。在军事领域,相变智能调温纺织品可用于飞行保暖手套,军用冷、热气候战靴,军用潜水服等;在医用领域,蓄热调温织物用作医用恒温绷带或手术服等;在服用领域,可用作运动服、休闲服、工作服、宇航服、鞋帽等,能提高着装舒适性。
常用的相变材料可以分为无机类和有机类,无机相变材料主要是结晶水合物,常见的有Na2SO4•10H2O、Na2HPO4•12H2O、CaCI2•6H2O,其缺点是易析出分离,需预先添加助剂来防止过冷和相分离。有机相变材料具有较低的相变温度和较高的相变潜热,无过冷析出现象,相变过程中体积变化小,经过多次热循环热性能不退化,使用寿命长。有机相变材料包括高级脂肪烃、脂肪酸、有机脂、多元醇等。相变材料常用的生产方法有:纺丝法、相变材料微胶囊法、中空纤维填充法、后整理法和高分子接枝改性法。其中,相变材料微胶囊法能有效解决相变材料易泄露的缺点。
现有的PP单丝的强度与高要求领域的应用还有差距;随着人们生活水平的提高,对建材的性能提出了新的要求,目前关于蓄热调温纤维方面的研究较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可蓄热调温的蓄热调温聚丙烯单丝的制备方法。
本发明的技术解决方案是:
一种蓄热调温聚丙烯单丝的制备方法,其特征是:包括下列步骤:
(1)碱式硫酸镁晶须(MOSw,长径比25-35)的改性处理:
将碱式硫酸镁晶须与水按照质量比1:45-55的比例混合,配置成晶须浆料,超声处理1h,再机械搅拌4h,即可得到分散的碱式硫酸镁晶须;称取5wt%的月桂酸,加入一定量的无水乙醇,搅拌溶解。将晶须浆料65-75℃恒温磁力搅拌,将改性剂-乙醇缓慢加入,恒温搅拌60min;得到的白色浆料经过抽滤,分别用大量乙醇和水洗涤,滤饼60℃烘干,粉碎,过400目筛;
(2)PP增强改性
将PP、3%-5%改性硫酸镁晶须、1%-2% PP-g-MAH、0.5%-1%KH570、0.2%-0.5%抗氧剂1010在高混机中以1200-1500 r/min 转速混合,混合时间5min,混合温度130℃,在双螺杆挤出机上挤出造粒;物料经熔融挤出后,水冷、风干、切粒得到了PP增强母料,在单螺杆纺丝机上纺丝,得到高强聚丙烯单丝;
(3)相变微胶囊的制备;
(4)涂覆液的制备
40%-50%相变微胶囊,6%-8%聚乙烯醇(PVA),1%-2%高分子羟乙基纤维素(HEC)用作增稠剂,0.5%-1%水性体系防沉降剂HT-200,0.5%-1%水性体系偶联剂Wetlink78,溶剂选用去离子水和乙醇的混合液(去离子水和乙醇的体积比为70:30);
(5)对无油聚丙烯单丝进行涂覆处理:利用带有凹槽的转轮将涂覆液涂覆在聚丙烯单丝上,经过牵伸,热风干燥、上油、卷绕,即得蓄热调温聚丙烯单丝,卷绕速度为15-20m/min。
双螺杆挤出机上挤出造粒时,挤出机1-9区的温度为230-260℃,机头温度为240-250℃,螺杆主机转速为300~310rpm。
具体的纺丝工艺为:纺丝温度为270℃,过滤网目数为150目,液体冷却温度为25℃,热水拉伸温度93℃,热风拉伸温度140℃,总拉伸倍率8.0,一级拉伸倍率6.4,热定型温度160℃,纺制线径为0.21mm高强聚丙烯单丝。
相变微胶囊的制备方法是:以D-甘露醇、肉豆蔻酸复合相变材料为芯材,壁材选用异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二乙烯三胺(DETA)反应形成的聚脲采用原位聚合法制备相变微胶囊:将15g D-甘露醇,15g肉豆蔻酸和7.5g IPDI混合均匀,倒入含有1.5g月桂醇聚氧乙烯醚(Brij-35)的150mL去离子水中,并在7000r/min转速下持续搅拌10min,然后将4gDETA的10mL的去离子水溶液滴加到上述体系中,30℃保温0.5h,然后升温至60℃保温4h,所制备的产品连续洗涤、抽滤3次后进行干燥处理后得到微胶囊固体粉末,然后用100目铜筛筛分得到相变微胶囊。
本发明制备的蓄热调温聚丙烯单丝强度大,能显著增加建筑墙体的强度;本发明制备的蓄热调温聚丙烯单丝亲水性能好,与墙体材料粘结力好;本发明制备的聚丙烯单丝具有蓄热调温的功效,冬暖夏凉,提高居住舒适感,满足人们更高层次的居住需求。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明产品升温曲线示意图。
图2是本发明产品降温曲线示意图。
具体实施方式
实施例1:
(1)碱式硫酸镁晶须(MOSw,长径比25-35)的改性处理:
将碱式硫酸镁晶须与水按照1:50(质量比)的比例混合,配置成晶须浆料,超声处理1h,再机械搅拌4h,即可得到分散的碱式硫酸镁晶须。称取5wt%的月桂酸,加入一定量的无水乙醇,搅拌溶解。将晶须浆料70℃恒温磁力搅拌,将改性剂-乙醇缓慢加入,恒温搅拌60min。得到的白色浆料经过抽滤,分别用大量乙醇和水洗涤,滤饼60℃烘干,粉碎,过400目筛。
(2)PP增强改性
将PP,3%-5%改性硫酸镁晶须,1%-2% PP-g-MAH,0.5%-1%KH570,0.2%-0.5%抗氧剂1010在高混机中以1200~1500 r/min 转速混合,混合时间5min,混合温度130℃,在双螺杆挤出机上挤出造粒。挤出机1-9区的温度为230-260℃,机头温度为240-250℃,螺杆主机转速为300~310rpm;物料经熔融挤出后,水冷、风干、切粒得到了PP增强母料,在单螺杆纺丝机上纺丝,得到高强聚丙烯单丝。具体的纺丝工艺为:纺丝温度为270℃,过滤网目数为150目,液体冷却温度为25℃,热水拉伸温度93℃,热风拉伸温度140℃,总拉伸倍率8.0,一级拉伸倍率6.4,热定型温度160℃,纺制线径为0.21mm高强聚丙烯单丝
(3)相变微胶囊的制备
以D-甘露醇、肉豆蔻酸复合相变材料为芯材,壁材选用异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二乙烯三胺(DETA)反应形成的聚脲采用原位聚合法制备相变微胶囊:将15g D-甘露醇,15g肉豆蔻酸和7.5g IPDI混合均匀,倒入含有1.5g月桂醇聚氧乙烯醚(Brij-35)的150mL去离子水中,并在7000r/min转速下持续搅拌10min,然后将4g DETA的10mL的去离子水溶液滴加到上述体系中,30℃保温0.5h,然后升温至60℃保温4h,所制备的产品连续洗涤、抽滤3次后进行干燥处理后得到微胶囊固体粉末,然后用100目铜筛筛分得到相变微胶囊。
(4)涂覆液的制备
40%-50%相变微胶囊,6%-8%聚乙烯醇(PVA),1%-2%高分子羟乙基纤维素(HEC)用作增稠剂,0.5%-1%水性体系防沉降剂HT-200,0.5%-1%水性体系偶联剂Wetlink78,溶剂选用去离子水和乙醇的混合液(去离子水和乙醇的体积比为70:30)。
(5)对无油聚丙烯单丝进行涂覆处理:利用带有凹槽的转轮将涂覆液涂覆在聚丙烯单丝上,经过牵伸,热风干燥、上油、卷绕,即得蓄热调温聚丙烯单丝,卷绕速度为15-20m/min。
(6)测试方法:
强度:采用电脑式桌上型拉力试验机,夹具L0=50 mm,测试速率200 mm/min,测得断裂强度,每个样品测试10回,取平均值。
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将改性的聚丙烯单丝和未改性的聚丙烯单丝在-5℃的冰箱中放置30min,取出置于保温板上,每隔2-3s用红外测温仪记录单丝的表面温度,直至升到室温,绘制升温曲线;同样的方法,将单丝在60℃的烘箱中放置30min,取出置于保温板上,直至冷却到室温,绘制降温曲线。
(7)测试结果及分析
经过碱式硫酸镁增强改性之后,0.21mm聚丙烯单丝断裂强度由6.5cN/dtex上升到7.2cN/dtex,经过改性后,聚丙烯单丝的强度有所上升。
由图1和图2可知,聚丙烯单丝未经改性前,升温和降温速率都很快,经过相变微胶囊改性后,聚丙烯单丝的升温速率和降温速率明显变缓,对外界的温度变化起到了明显的缓冲作用。两幅曲线验证了相变微胶囊可赋予聚丙烯单丝热存储与释放功能,这是因为相变微胶囊可以通过复合芯材熔化/凝固的方式来吸收/释放热量,从而使聚丙烯单丝具有较好的调温性能,如果运用在建筑墙体材料中,能提高居住舒适感。
实施例2:同实施案例一,仅改变实施例1步骤(3)使用的醇类相变材料,醇类相变材料为赤藓糖醇、肌醇、癸醇(DA)、木糖醇、正十八醇、正十二醇(DA)、新戊二醇(NPG)、十四醇(TD)、环己醇、PEG-2000、PEG-4000、PEG-600、PEG-3350、PEG-1000、PEG-1500山梨醇、双季戊四醇、硬脂酸丁酯、硬脂酸辛酯、硬脂酸乙烯酯、硬脂酸异丙酯中一种。其余同实施例1。
实施例3:仅改变实施例1步骤(3)中使用的脂肪酸类相变材料,上述脂肪酸类相变材料为硬脂酸(SA,十八酸)、癸酸、辛酸、月桂酸(LA,十二酸)、棕榈酸(PA,十六酸)、葵二酸、RT20、PG(三羟甲基乙烷)、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷、正二十四烷中的一种。其余同实施例1。
实施例4:仅改变实施案例1步骤(3)中所使用的乳化剂,乳化剂选用苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)、十二烷基硫酸钠(SDS)、失水山梨醇酯脂肪酸(Span)、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠(SBDS)、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(Tween)、苯乙烯-顺丁烯二酸酐的水解物(SMH)、全氟壬烯氧基苯磺酸钠(OBS)、平平加O中的一种。其余同实施例1。
实施例5:仅改变实施案例1步骤(3)中使用胺类单体,单体选用三乙醇胺(TEA)、乙二胺、己二胺中的一种。其余同实施例1。

Claims (4)

1.一种蓄热调温聚丙烯单丝的制备方法,其特征是:包括下列步骤:
(1)碱式硫酸镁晶须的改性处理:
将碱式硫酸镁晶须与水按照质量比1:45-55的比例混合,配置成晶须浆料,超声处理,再机械搅拌,即可得到分散的碱式硫酸镁晶须;称取5wt%的月桂酸,加入一定量的无水乙醇,搅拌溶解;将晶须浆料65-75℃恒温磁力搅拌,将改性剂-乙醇缓慢加入,恒温搅拌;得到的白色浆料经过抽滤,分别用大量乙醇和水洗涤,滤饼烘干,粉碎,过筛;
(2)PP增强改性
将PP、3%-5%改性硫酸镁晶须、1%-2% PP-g-MAH、0.5%-1%KH570、0.2%-0.5%抗氧剂1010在高混机中以1200~1500 r/min 转速混合,在双螺杆挤出机上挤出造粒;物料经熔融挤出后,水冷、风干、切粒得到了PP增强母料,在单螺杆纺丝机上纺丝,得到高强聚丙烯单丝;
(3)相变微胶囊的制备;
(4)涂覆液的制备
40%-50%相变微胶囊,6%-8%聚乙烯醇,1%-2%高分子羟乙基纤维素用作增稠剂,0.5%-1%水性体系防沉降剂HT-200,0.5%-1%水性体系偶联剂Wetlink78,溶剂选用去离子水和乙醇的混合液;
(5)对无油聚丙烯单丝进行涂覆处理:利用带有凹槽的转轮将涂覆液涂覆在聚丙烯单丝上,经过牵伸,热风干燥、上油、卷绕,即得蓄热调温聚丙烯单丝,卷绕速度为15-20m/min。
2.根据权利要求1所述的蓄热调温聚丙烯单丝的制备方法,其特征是:双螺杆挤出机上挤出造粒时,挤出机1~9区的温度为230-260℃,机头温度为240-250℃,螺杆主机转速为300-310rpm。
3.根据权利要求1所述的蓄热调温聚丙烯单丝的制备方法,其特征是:具体的纺丝工艺为:纺丝温度为270℃,过滤网目数为150目,液体冷却温度为25℃,热水拉伸温度93℃,热风拉伸温度140℃,总拉伸倍率8.0,一级拉伸倍率6.4,热定型温度160℃,纺制线径为0.21mm高强聚丙烯单丝。
4. 根据权利要求1所述的蓄热调温聚丙烯单丝的制备方法,其特征是:相变微胶囊的制备方法是:以D-甘露醇、肉豆蔻酸复合相变材料为芯材,壁材选用异氟尔酮二异氰酸酯和二乙烯三胺反应形成的聚脲采用原位聚合法制备相变微胶囊:将15g D-甘露醇,15g肉豆蔻酸和7.5g IPDI混合均匀,倒入含有1.5g月桂醇聚氧乙烯醚的150mL去离子水中,并在7000r/min转速下持续搅拌10min,然后将4g DETA的10mL的去离子水溶液滴加到上述体系中,30℃保温0.5h,然后升温至60℃保温4h,所制备的产品连续洗涤、抽滤3次后进行干燥处理后得到微胶囊固体粉末,然后用100目铜筛筛分得到相变微胶囊。
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