一種可織造的相變儲(chǔ)能丙綸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功能性纖維材料，特別是涉及一種具有相變儲(chǔ)能功能的纖維材料。本發(fā)明的相變儲(chǔ)能纖維材料同時(shí)具有優(yōu)良的儲(chǔ)能性能、較高的強(qiáng)度以及良好的服用性會(huì)K。
【背景技術(shù)】
[0002]丙綸是以等規(guī)聚丙烯為原料紡絲制成的合成纖維，是化學(xué)合成纖維中最輕的品種，強(qiáng)度35?62cN/dteX，耐磨性僅次于聚酰胺纖維，耐腐蝕性良好，尤其是對(duì)無(wú)機(jī)酸、堿的穩(wěn)定性很好，不發(fā)霉，不腐爛，不怕蟲(chóng)蛀。
[0003]聚丙烯纖維產(chǎn)品主要應(yīng)用在裝飾用布和工業(yè)領(lǐng)域，例如各種家具布、裝飾布、地毯、建筑增強(qiáng)材料、土工布、吸油氈、運(yùn)輸帶繩、漁業(yè)用具、包裝材料和濾布等，也可用于制造各種外衣、內(nèi)衣、游泳衣、運(yùn)動(dòng)衫、襪子和絮棉等。
[0004]相變材料(phase change material，PCM)能夠在一個(gè)窄的溫度范圍內(nèi)，通過(guò)相轉(zhuǎn)變(如固-固相轉(zhuǎn)變或固-液相轉(zhuǎn)變)吸收或釋放大量的潛熱(ΔΗ)。此過(guò)程會(huì)隨著PCM的潛熱被吸收或釋放完而終止。由于PCM具有高的儲(chǔ)熱密度和熔化熱，使其能夠在幾乎等溫的條件下形成一個(gè)緊湊的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。PCM首先被小范圍的應(yīng)用于太空飛行器，然后于20世紀(jì)70年代后期應(yīng)用于更大的范圍內(nèi)，如建筑和太陽(yáng)能系統(tǒng)中，以應(yīng)對(duì)全球的能源危機(jī)。
[0005]可以根據(jù)不同應(yīng)用類型的要求，選擇相變溫度不同的有機(jī)PCM。例如，有機(jī)PCM的相變溫度低于15°C時(shí)，該材料可以應(yīng)用于冷卻，而有機(jī)PCM的相變溫度在90°C以上時(shí)，則可以用于吸收式制冷。有機(jī)PCM及其混合物的相變溫度約為18?65°C，其熱舒適性適用于紡織業(yè)和建筑業(yè)。聚乙二醇(Polyethylene Glycol, PEG)，屬于聚氧化乙稀類，由二甲基乙醚鏈和羥端基組成，分子式HO-CH2-(CH2-O-CH2)n-CH2-OH,溶于水和有機(jī)溶劑。PEG具有高融化熱、穩(wěn)定的相變溫度和窄的相變溫度范圍，熔融蒸汽壓低，化學(xué)性質(zhì)和熱性能穩(wěn)定，不易燃，可生物降解，無(wú)毒，無(wú)腐蝕性，價(jià)格低廉。作為相變儲(chǔ)能材料，PEG具有諸多優(yōu)良性能，在建筑行業(yè)以及織物、纖維、泡沫材料等很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0006]近十幾年來(lái)，關(guān)于相變儲(chǔ)能材料的研宄是國(guó)際上一個(gè)普遍關(guān)注的課題。相變儲(chǔ)能材料可用于解決熱能供給和需求的矛盾，是提高能源利用效率和環(huán)境保護(hù)的重要材料，它在太陽(yáng)能利用、熱能回收、相變儲(chǔ)能型空調(diào)、保溫服裝、儲(chǔ)能坎具、建筑節(jié)能、航空航天及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用。目前對(duì)相變儲(chǔ)能材料的研宄己取得較大的進(jìn)展，但是這些材料或多或少存在著化學(xué)穩(wěn)定性較差，長(zhǎng)期使用易泄漏，相變焓偏低，儲(chǔ)熱效果不好等缺點(diǎn)。所以開(kāi)發(fā)出一種性能良好的高分子固-固相變儲(chǔ)能材料，將具有很大的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。聚氨酯類相變儲(chǔ)能材料是一類還在開(kāi)發(fā)的材料，它利用物質(zhì)相變過(guò)程中的熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放，且相變過(guò)程是一種從固體到固體的轉(zhuǎn)變。除了具有普通相變材料儲(chǔ)能密度大，儲(chǔ)熱、放熱過(guò)程近似等溫，過(guò)程易控制等優(yōu)點(diǎn)外，它還有著高分子材料良好的加工性能和聚氨酯材料高機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕等優(yōu)異性能，因此有望成為一種極具利用價(jià)值的相變儲(chǔ)能材料。
[0007]目前，制備相變儲(chǔ)能纖維的常用方法是通過(guò)靜電紡絲法制備相變儲(chǔ)能無(wú)紡布，雖然具有良好的相變儲(chǔ)能性能，但其不具有可紡性。另一種常見(jiàn)的方法是以微膠囊法制備相變儲(chǔ)能粘膠纖維，但其力學(xué)性能較差，因此制成的織物容易伸長(zhǎng)，尺寸穩(wěn)定性差，服用性能不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有相變儲(chǔ)能纖維的缺點(diǎn)，提供一種相變儲(chǔ)能效果好，同時(shí)還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和良好服用性能的可織造的相變儲(chǔ)能丙綸。
[0009]本發(fā)明的另一目的是提供上述相變儲(chǔ)能丙綸的制備方法。
[0010]本發(fā)明所提供的可織造的相變儲(chǔ)能丙綸是以丙綸為載體，聚乙二醇基聚氨酯為相變儲(chǔ)能材料，將所述相變儲(chǔ)能材料通過(guò)熔融共混包覆在載體內(nèi)部，以熔融紡絲法制備成的纖維，其中丙綸載體占纖維總質(zhì)量50?95%、相變儲(chǔ)能材料占纖維總質(zhì)量5?50%的相變儲(chǔ)能滌綸纖維。
[0011]本發(fā)明通過(guò)共混熔融紡絲，將所述相變儲(chǔ)能材料包覆在丙綸載體的內(nèi)部，制備得到了可織造的相變儲(chǔ)能丙綸，所述相變儲(chǔ)能丙綸的纖維強(qiáng)度I?lOcN/dtex，相變溫度-10 ?100°C，相變洽 5 ?100kJ/kgo
[0012]本發(fā)明所述的聚乙二醇基聚氨酯相變儲(chǔ)能材料是以結(jié)晶性能較好的聚乙二醇為軟段，以異氰酸酯、1，4- 丁二醇為硬段合成的具有聚氨酯結(jié)構(gòu)的高分子固-固相變儲(chǔ)能材料，其中，聚乙二醇、異氰酸酯與1，4-丁二醇的原料質(zhì)量比為1: 0.01?2: 0.1?2。本發(fā)明的相變儲(chǔ)能材料利用軟段的結(jié)晶-熔融變化來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放，最終得到了一種分解溫度大于丙綸熔融紡絲溫度的相變儲(chǔ)能材料。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明的相變儲(chǔ)能材料中，所述聚乙二醇的數(shù)均分子量為200?20000;所述的異氰酸酯是甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、非黃變型1,6-己二異氰酸酯(HDI)等異氰酸酯中的一種。
[0014]本發(fā)明所述相變儲(chǔ)能材料可以采用以下方法制備得到:將聚乙二醇和異氰酸酯溶解在有機(jī)溶劑中，惰性氣體保護(hù)下40?80°C反應(yīng)0.5?5小時(shí)，再加入1，4-丁二醇擴(kuò)鏈反應(yīng)0.5?4小時(shí)，蒸發(fā)回收有機(jī)溶劑得到固體聚氨酯型相變儲(chǔ)能材料。
[0015]其中優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑為丙酮、丁酮、乙酸乙酯、氯仿、甘油醚、二氧六環(huán)、甘油酯或芳香烴等中的一種。
[0016]本發(fā)明將丙綸載體母粒與相變儲(chǔ)能材料以所述質(zhì)量百分含量共混后，加入高溫雙螺桿擠出機(jī)中，制備共混紡絲母粒，然后再將共混紡絲母粒加入到熔融紡絲機(jī)中形成熔體，熔體通過(guò)噴絲孔擠出形成熔體細(xì)流，經(jīng)空氣冷卻固化后形成初生纖維，初生纖維再經(jīng)過(guò)上油、卷繞、牽伸等后處理后，制成了本發(fā)明的可織造的相變儲(chǔ)能丙綸。
[0017]本發(fā)明還可以采用以下方法對(duì)制備得到的相變儲(chǔ)能丙綸進(jìn)行后處理:配制0.5?15wt%的改性氨基有機(jī)硅水溶液，調(diào)節(jié)pH值至6制成整理浴，將相變儲(chǔ)能丙綸按照1: 10的浴比加入所述整理浴中處理5?45min，取出脫水后，65?100°C恒溫烘干。
[0018]本發(fā)明制備的可織造的相變儲(chǔ)能丙綸的相變溫度-10?100 °C，相變焓5?100kJ/kg，且相變前后不改變纖維性狀，不發(fā)生小分子泄露，可以通過(guò)改變聚乙二醇的分子量及異氰酸酯的種類來(lái)改變相變溫度及相變焓。同時(shí)，由于本發(fā)明采用的相變儲(chǔ)能材料為聚氨酯類，與丙綸纖維有較好的相容性。
[0019]本發(fā)明制備的可織造的相變儲(chǔ)能丙綸與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果。
[0020]I)本發(fā)明可織造的相變儲(chǔ)能丙綸熱穩(wěn)定好，大分子相變儲(chǔ)能材料被均勻的分散在丙綸基體中，不存在小分子相變材料的泄露問(wèn)題，且外觀穩(wěn)定，機(jī)械性能好。
[0021]2)本發(fā)明可織造的相變儲(chǔ)能丙綸同時(shí)具有丙綸纖維和相變儲(chǔ)能的特性，不僅可以作為功能材料應(yīng)用于各領(lǐng)域，還可以進(jìn)行織造，以作為服用材料。
[0022]3)本發(fā)明所制備的可織造的相變儲(chǔ)能丙綸纖維纖度I?lOdtex，單纖強(qiáng)力較高(I?lOCN/dtex)，手感滑爽，容易上色，是一種服用性能優(yōu)良的差別化纖維。
[0023]4)本發(fā)明