專利名稱：一種儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能性纖維技術(shù)，具體說是一種具有導(dǎo)電、熱能吸收、存儲(chǔ)和釋放功能的儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維是通過將相變材料植入纖維中或涂覆在纖維表面，得到的一種具有熱能吸收、儲(chǔ)存功能的纖維。在纖維中植入相變材料的方法主要有三種(1).將相變材料制備成微膠囊后，添加在聚合物溶液中，經(jīng)常規(guī)或非常規(guī)工藝制成纖維。目前使用的相變材料多為低分子化合物，如水合無機(jī)鹽、正構(gòu)烷烴(結(jié)構(gòu)式n-CnH2n+2)、高級脂肪醇、高級脂肪酸或高級脂肪酯等。這些相變材料屬于固-液相變材料，當(dāng)處于液態(tài)時(shí)，非常容易流動(dòng)，不但保形性差，而且容易造成損失和污染環(huán)境，因此必須封存在容器中，或與其他吸附支撐材料混合，獲得相對固定的形狀后才能使用，例如，美國專利US4756958公開的一種將相變材料微膠囊混合在聚合物中，制成具有可逆儲(chǔ)熱性能纖維的技術(shù)。這種技術(shù)的微膠囊制備過程較復(fù)雜，且微膠囊的直徑、耐熱穩(wěn)定性、耐溶劑穩(wěn)定性等均影響纖維的制備與性能，致使產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，而且更為嚴(yán)重的是紡絲過程要求微膠囊的直徑在3微米以下，而本申請人的研究表明(參見 Journal of Colloid and Interface Science, 2005, 281 (2) :299-306)，當(dāng)相變材料微膠囊的粒徑小于4. 6微米以后，存在非常明顯的過冷結(jié)晶現(xiàn)象(微膠囊相變材料的結(jié)晶溫度明顯低于相變材料本體的結(jié)晶溫度)，有時(shí)過冷結(jié)晶度達(dá)10 15°C; ( .將低分子相變材料與其他聚合物混合后直接用作纖維的一種組分，采用復(fù)合紡絲技術(shù)制備出纖維，如申請人在《印度纖維與紡織研究雜志》(參見Vidian Journal of Fibre & Textile Research, 2003, 28 (3) :265-269)公開的以正構(gòu)燒烴與聚乙烯及乙烯-丙烯共聚物混合后作為纖維的芯成分，以聚丙烯為纖維的皮成分，熔融復(fù)合紡絲制備儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維的技術(shù)。但由于正構(gòu)烷烴(η = 14 40)屬于小分子化合物，其以共混物形式存在于纖維芯成分中，使用中容易發(fā)生遷移；C3).采用聚合物相變材料作為纖維的一種組分，采用復(fù)合紡絲技術(shù)制備出纖維，如申請人的中國發(fā)明專利申請CN1165877A公開的一種采用脂肪族聚醚、脂肪族聚酯、聚酯醚等聚合物作為纖維的芯或島成分的主成分，以成纖聚合物為皮成分或海成分，經(jīng)熔融復(fù)合紡絲制取具有儲(chǔ)熱調(diào)溫功能纖維的方法；該方法不但大大降低了工藝難度，而且使高效率地生產(chǎn)儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維成為可能，而且制備出的儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維不存在過冷結(jié)晶現(xiàn)象。但由于脂肪族聚醚、脂肪族聚酯和聚酯醚的相變性能源自聚合物主鏈的熔融和結(jié)晶過程，處于熔融狀態(tài)時(shí)也發(fā)生流動(dòng)，且聚醚和脂肪族聚酯及聚酯醚的熱焓較小、耐熱穩(wěn)定性較差，種類較少，難以制得性能優(yōu)良的儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維。目前已知的聚合物相變材料主要有兩種(1). 一種是直鏈型聚合物，如申請人的中國發(fā)明專利申請 CN1165877A公開的脂肪族聚醚、脂肪族聚酯和聚酯醚等；(2).另一種是梳形聚合物，如申請人在中國發(fā)明專利申請CN101798364A公開的聚(甲基)丙烯酸烷基酯及其共聚物等，目前已發(fā)現(xiàn)的該類聚合物相變材料較少。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種新的儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維及其制備方法，該儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維采用新的聚合物相變材料和新型纖維截面結(jié)構(gòu)，除具有良好的儲(chǔ)熱調(diào)溫性能外，還具有導(dǎo)電、低滲漏、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，該纖維制備方法工藝簡單，適用于工業(yè)化實(shí)施。本發(fā)明解決所述纖維技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維，該纖維以梳形聚合物相變材料為A成分，以成纖聚合物為B成分，A成分在纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 60%,B成分在纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80 40%，經(jīng)熔融復(fù)合紡絲方法制成；所述梳形聚合物相變材料為聚3-烷基吡咯或摩爾比為30 70 70 30的兩種3-烷基吡咯的共聚物、或者混合質(zhì)量比為30 70 70 30的兩種聚3-烷基吡咯的共混物；所述成纖聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1、丙烯腈-丁烯腈共聚物或聚己內(nèi)酰胺中的至少一種；所述儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維的橫截面結(jié)構(gòu)包括海島型、同心圓型或桔瓣型，儲(chǔ)熱量為 12 45J/g，無過冷結(jié)晶現(xiàn)象，纖維經(jīng)溶劑抽提后質(zhì)量損失率< 6%，表面比電阻< 407Ω/ cm0本發(fā)明解決所述制備方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維制備方法，該制備方法適用本發(fā)明所述儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維，并采用以下工藝將梳形聚合物相變材料的 A成分和成纖聚合物的B成分，分別經(jīng)單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)180 250°C熔融后擠出，進(jìn)入計(jì)量泵，分別經(jīng)連接導(dǎo)管送入溫度設(shè)定在180 250°C的復(fù)合紡絲組件中，再分別經(jīng)過濾網(wǎng)和分配板后復(fù)合，經(jīng)噴絲板形成紡絲細(xì)流，經(jīng)10 30°C的空氣冷卻，600 3000m/min 下卷繞，或不經(jīng)卷繞直接收集，得到初生纖維，初生纖維經(jīng)牽伸、定型、卷曲或加捻常規(guī)纖維加工工藝處理制成長絲，或進(jìn)一步加工為短纖維；所述噴絲板包括海島型、同心圓型或桔瓣型。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維存在下列特點(diǎn)(1).采用了新的梳形聚合物相變材料-聚3-烷基吡咯，其主鏈為聚吡咯，側(cè)鏈為正構(gòu)烷基，由于所述梳形聚合物-聚 3-烷基吡咯的側(cè)鏈正烷基像正構(gòu)烷烴一樣可以發(fā)生固-液和液-固相變，從而具有吸收或放出熱量的功能，而正烷基發(fā)生相變過程中，聚吡咯主鏈處于固態(tài)，主鏈將正烷基固定，使其不能像其他小分子相變材料一樣發(fā)生流動(dòng)，也就是說，所述梳形聚合物的主鏈保證了即使可結(jié)晶的正烷基側(cè)鏈處于熔融狀態(tài)，也不至于發(fā)生遷移或滲漏，共價(jià)鍵將具有儲(chǔ)能作用的正烷基固定在聚吡咯分子鏈上，具有良好的穩(wěn)定性；( .本發(fā)明設(shè)計(jì)了多種新型的纖維截面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對聚合物相變材料具有良好的包覆性，使所述梳形聚合物相變材料不會(huì)或很少會(huì)從纖維內(nèi)部或表面逸出，因此可保證產(chǎn)品儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維的滲漏更低，熱穩(wěn)定性更好；C3).所述梳形聚合物的主鏈摻雜后，可以使儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維在具有良好的儲(chǔ)熱調(diào)溫性能的同時(shí)，具有良好的導(dǎo)電性，提高和擴(kuò)大了產(chǎn)品的功能性；(4).本發(fā)明纖維的A成分可以形成連續(xù)的結(jié)晶區(qū)，沒有過冷結(jié)晶現(xiàn)象，使得纖維的放熱更集中，便于充分發(fā)揮儲(chǔ)熱調(diào)溫作用。本發(fā)明儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維采用熔融復(fù)合紡絲方法，具有工藝簡單，適用性好，便于工業(yè)化使用等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維所述梳形聚合物相變材料-聚3-烷基吡咯的結(jié)構(gòu)式
4示意圖；圖2為本發(fā)明儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖2(1)為橫截面是海島型結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維示意圖；圖2(2)為橫截面是同心圓型結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維示意圖； 圖2C3)為橫截面是帶有包覆層的桔瓣型結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明本發(fā)明設(shè)計(jì)的儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維(簡稱纖維)是以梳形聚合物相變材料為A成分，以成纖聚合物為B成分，所述A成分在纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 60%，所述B成分在纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80 40%，經(jīng)熔融復(fù)合紡絲方法制成；所述梳形聚合物相變材料包括聚3-烷基吡咯或摩爾比為30 70 70 30的兩種3-烷基吡咯的共聚物、或者混合質(zhì)量比為 30 70 70 30的兩種聚3-烷基吡咯的共混物；所述兩種3-烷基吡咯是指烷基碳原子數(shù)不同的3-烷基吡咯；所述梳形聚合物相變材料以共價(jià)鍵形式把可發(fā)生固-液、液-固相轉(zhuǎn)變而具有儲(chǔ)能作用的正烷基固定在該聚合物的主鏈上；所述的B成分的成纖聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1、丙烯腈-丁烯腈共聚物和聚己內(nèi)酰胺中的至少一種。本發(fā)明纖維采用的聚合物相變材料是一種梳形聚合物，具體是以聚吡咯為主鏈、 正烷基為側(cè)鏈的聚合物，其正烷基側(cè)鏈可以單獨(dú)結(jié)晶，在吸放熱過程中，聚3-烷基吡咯的側(cè)鏈正烷基像正構(gòu)烷烴一樣可以發(fā)生固-液和液-固相變，從而具有吸收或放出熱量的功能，而正烷基發(fā)生相變過程中聚吡咯主鏈處于固態(tài)，主鏈將正烷基固定，使其不能像其他小分子相變材料一樣發(fā)生流動(dòng)，也就是說，所述梳形聚合物的主鏈保證了即使可結(jié)晶的正烷基側(cè)鏈處于熔融狀態(tài)，也不至于發(fā)生遷移或滲漏，共價(jià)鍵將具有儲(chǔ)能作用的正烷基固定在聚吡咯分子的主鏈上。本發(fā)明所述的梳形聚合物-聚3-烷基吡咯的結(jié)構(gòu)式如圖1所示，結(jié)構(gòu)式中的碳原子的數(shù)量m = 10 40。研究表明，本發(fā)明所述聚3-烷基吡咯均聚物、或兩種3-烷基吡咯的共聚物、或者所述均聚物和共聚物的共混物中側(cè)鏈烷基的碳原子數(shù)m = 10 40時(shí)，制成的纖維的功能效果較理想。側(cè)鏈烷基中碳原子數(shù)m< 10的聚3-烷基吡咯中的側(cè)鏈烷基不能發(fā)生結(jié)晶，難以發(fā)揮相變儲(chǔ)能作用；相反，對于側(cè)鏈烷基中碳原子數(shù)m > 40的聚3-烷基吡咯，其相變溫度較高，同樣難以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的相變儲(chǔ)能作用。幾種聚3-烷基吡咯的熔融性能如表1示。表1幾種聚3-烷基吡咯的熔融性能表
聚合物縮寫熔點(diǎn)(°c)熱焓(J/g)聚3-癸烷基吡咯P3DPY5. 162聚3-十六烷基吡咯P3HPY18. 483聚3-十八烷基吡咯P30PY28. 98權(quán)利要求
1.一種儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維，該纖維以梳形聚合物相變材料為A成分，以成纖聚合物為B成分，A成分在纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20 60 %，B成分在纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80 40 %，經(jīng)熔融復(fù)合紡絲方法制成；所述梳形聚合物相變材料為聚3-烷基吡咯、或摩爾比為30 70 70 30的兩種3-烷基吡咯的共聚物、或者混合質(zhì)量比為30 70 70 30的兩種聚 3-烷基吡咯的共混物；所述成纖聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1、丙烯腈-丁烯腈共聚物或聚己內(nèi)酰胺中的至少一種；所述儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維的橫截面結(jié)構(gòu)包括海島型、同心圓型或桔瓣型，儲(chǔ)熱量為12 45J/g，無過冷結(jié)晶現(xiàn)象，纖維經(jīng)溶劑抽提后質(zhì)量損失率< 6%，表面比電阻< 407 Ω/cm。
2.—種權(quán)利要求1所述儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維的制備方法，該制備方法采用以下工藝將梳形聚合物相變材料的A成分和成纖聚合物的B成分，分別經(jīng)單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)180 250°C熔融后擠出，進(jìn)入計(jì)量泵，分別經(jīng)連接導(dǎo)管送入溫度設(shè)定在180 250°C的復(fù)合紡絲組件中，再分別經(jīng)過濾網(wǎng)和分配板后復(fù)合，經(jīng)噴絲板形成紡絲細(xì)流，經(jīng)10 30°C的空氣冷卻，600 3000m/min下卷繞，或不經(jīng)卷繞直接收集，得到初生纖維，初生纖維經(jīng)牽伸、定型、 卷曲或加捻常規(guī)纖維加工工藝處理制成長絲，或進(jìn)一步加工為短纖維；所述噴絲板包括海島型、同心圓型或桔瓣型。
3.以權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維，采用常規(guī)或非常規(guī)工藝，單獨(dú)或與天然纖維或化學(xué)纖維混紡加工成的儲(chǔ)熱調(diào)溫織物。
全文摘要
本發(fā)明公開一種儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維及其制備方法。該纖維以梳形聚合物相變材料為A成分，以成纖聚合物為B成分，A成分在纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～60％，B成分在纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80～40％，經(jīng)熔融復(fù)合紡絲方法制成；所述梳形聚合物相變材料為聚3-烷基吡咯、或摩爾比為30∶70～70∶30的兩種3-烷基吡咯的共聚物、或者混合質(zhì)量比為30∶70～70∶30的兩種聚3-烷基吡咯的共混物；所述成纖聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基戊烯-1、丙烯腈-丁烯腈共聚物或聚己內(nèi)酰胺中的至少一種。該纖維采用熔融復(fù)合紡絲方法制備。
文檔編號D01F8/16GK102154737SQ20111006822
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者張興祥, 李麗娟, 王學(xué)晨, 石海峰, 韓娜 申請人:天津工業(yè)大學(xué)