一种相变调温发热纤维的制备方法与流程

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1.本发明涉及发热纤维技术领域，具体涉及一种相变调温发热纤维的制备方法。


背景技术：

2.发热纤维包括吸湿发热纤维、光能发热纤维、相变材料、化学放热材料和电能发热材料，是积极产热式保暖材料。
3.相变调温纤维是利用物质相变过程中释放或吸收潜热、温度保持不变的特性开发出来的一种蓄热调温功能纤维。当环境温度或人体皮肤温度达到服装内相变材料熔点时，相变材料吸收热量，同时从固态转为液态，以此在服装内层产生短暂的致冷效果。热能可能来自外界温暖环境，也可能来自人体本身，一旦相变材料完全熔化，储能便结束。如果在低于相变材料结晶温度的寒冷环境下使用，服装的温度会低于相变温度，此时液态的相变材料将转变回固态，释放其储存的能量，提供短暂的加热效果。
4.远红外纤维是在纤维加工过程中添加远红外微粒而制得，可以吸收太阳光中的远红外线，进而起到蓄热保暖的作用，同时辐射的远红外线还具有活化细胞组织、促进血液循环及抑菌防臭的功效。
5.虽然相变调温纤维和远红外纤维都具有发热功能，但效果有限，尤其在低温环境下的作用微弱。针对这一问题，本发明提供一种相变调温发热纤维的制备方法，将相变调温和远红外蓄热相结合，显著提高纤维的保暖性能。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于提供一种相变调温发热纤维的制备方法，具体是指在纤维加工过程中通过添加具有相变调温和远红外蓄热双重功能的微胶囊来优化纤维的保暖效果。
7.本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
8.一种相变调温发热纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
9.(1)将聚乙二醇升温到90
‑
100℃进行真空脱水，脱水结束后加入二异氰酸酯和催化剂，加热至70
‑
80℃保温反应，得到聚氨酯预聚体；
10.(2)将远红外陶瓷粉与过氧化氢溶液混合，加热搅拌，使纳米无机粉体的表面羟基化，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到表面羟基化的远红外陶瓷粉；
11.(3)搅拌下将加热熔融的相变材料逐滴滴加到聚氨酯预聚体中，滴加完毕后继续搅拌，再加入表面羟基化的远红外陶瓷粉和催化剂，加热至70
‑
80℃保温反应，抽滤，水洗，干燥，得到功能化微胶囊；
12.(4)将聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液；
13.(5)向纺丝液中加入功能化微胶囊，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，上油，烘干，得到相变调温发热纤维。
14.所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰
酸酯、1,6
‑
己二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
15.所述聚乙二醇、二异氰酸酯的摩尔比为1:(1.05
‑
2)。
16.所述催化剂为有机锡催化剂或有机铋催化剂。
17.所述有机锡催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡中的至少一种。
18.所述有机铋催化剂选自异辛酸铋、月桂酸铋、新癸酸铋、环烷酸铋中的至少一种。
19.所述远红外陶瓷粉由纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛组成，质量比为(5
‑
10):(1
‑
5):(1
‑
5)。
20.所述远红外陶瓷粉、过氧化氢溶液的质量比为1:(3
‑
8)。
21.所述过氧化氢溶液的质量分数为30％。
22.所述相变材料为石蜡、月桂酸、十八烷中的至少一种。可选择的相变材料不限于此，c14
‑
c30的正构烷烃、c8
‑
c18的脂肪酸及其酯也能作为相变材料。
23.所述相变材料、聚氨酯预聚体、表面羟基化的远红外陶瓷粉的质量比为(1
‑
5):(1
‑
10):(0.1
‑
3)。
24.所述聚丙烯腈与功能化微胶囊的质量比为(90
‑
99):(1
‑
10)。
25.在二异氰酸酯过量的条件下，二异氰酸酯与聚乙二醇反应生成端基为异氰酸酯基的聚氨酯预聚体，再与表面羟基化的远红外陶瓷粉发生反应，从而将远红外陶瓷粉固定在聚氨酯分子上。
26.所述相变材料为n
‑
乙基琥珀酰亚胺。本发明还选用n
‑
乙基琥珀酰亚胺作为相变材料，目的是为了优化面料的相变调温功能，而本领域的现有技术并未公开过将n
‑
乙基琥珀酰亚胺作为相变材料，本领域的公知常识也未给出将n
‑
乙基琥珀酰亚胺作为相变材料的技术启示，但在本发明中实现了n
‑
乙基琥珀酰亚胺作为相变材料的新用途，并取得了优于石蜡、月桂酸、十八烷的作用效果。
27.本发明的有益效果是：本发明先制备功能化微胶囊，再将功能化微胶囊添加到聚丙烯腈中制备相变调温发热纤维，其中所制功能化微胶囊呈三层结构，内层为相变材料，中间层为聚氨酯，外层为远红外陶瓷粉，具有相变调温和远红外蓄热的双重作用，并且由于聚氨酯与远红外陶瓷粉之间是通过化学键连接，因此远红外陶瓷粉的附着稳定性好，解决了常规物理添加所存在的易剥离问题。
具体实施方式：
28.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
29.实施例1
30.(1)将聚乙二醇4000升温到90℃进行真空脱水，脱水结束后加入甲苯二异氰酸酯和辛酸亚锡，聚乙二醇4000、二异氰酸酯的摩尔比为1:1.2，加热至75℃保温反应5h，得到聚氨酯预聚体。
31.(2)将1份远红外陶瓷粉与5份30％过氧化氢溶液混合，远红外陶瓷粉由纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛组成，质量比为5:3:1，加热至80℃搅拌3h，使纳米无机粉体的表面羟基化，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到表面羟基化的远红外陶瓷粉。
32.(3)搅拌下将2份加热熔融的35#石蜡逐滴滴加到5份聚氨酯预聚体中，滴加完毕后继续搅拌1h，再加入1份表面羟基化的远红外陶瓷粉和辛酸亚锡，加热至75℃保温反应1h，抽滤，水洗，干燥，得到功能化微胶囊。
33.(4)将95份聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液。
34.(5)向纺丝液中加入5份功能化微胶囊，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，上油，烘干，得到相变调温发热纤维。
35.实施例2
36.(1)将聚乙二醇4000升温到90℃进行真空脱水，脱水结束后加入异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，聚乙二醇4000、二异氰酸酯的摩尔比为1:1.5，加热至75℃保温反应5h，得到聚氨酯预聚体。
37.(2)将1份远红外陶瓷粉与6份30％过氧化氢溶液混合，远红外陶瓷粉由纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛组成，质量比为8:3:2，加热至80℃搅拌3h，使纳米无机粉体的表面羟基化，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到表面羟基化的远红外陶瓷粉。
38.(3)搅拌下将3份加热熔融的月桂酸逐滴滴加到8份聚氨酯预聚体中，滴加完毕后继续搅拌30min，再加入2份表面羟基化的远红外陶瓷粉和二月桂酸二丁基锡，加热至75℃保温反应1h，抽滤，水洗，干燥，得到功能化微胶囊。
39.(4)将97份聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液。
40.(5)向纺丝液中加入3份功能化微胶囊，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，上油，烘干，得到相变调温发热纤维。
41.实施例3
42.(1)将聚乙二醇4000升温到90℃进行真空脱水，脱水结束后加入二苯基甲烷二异氰酸酯和异辛酸铋，聚乙二醇4000、二异氰酸酯的摩尔比为1:1.8，加热至75℃保温反应5h，得到聚氨酯预聚体。
43.(2)将1份远红外陶瓷粉与8份30％过氧化氢溶液混合，远红外陶瓷粉由纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛组成，质量比为10:4:2，加热至80℃搅拌2h，使纳米无机粉体的表面羟基化，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到表面羟基化的远红外陶瓷粉。
44.(3)搅拌下将4份加热熔融的十八烷逐滴滴加到10份聚氨酯预聚体中，滴加完毕后继续搅拌30min，再加入2份表面羟基化的远红外陶瓷粉和异辛酸铋，加热至75℃保温反应2h，抽滤，水洗，干燥，得到功能化微胶囊。
45.(4)将98份聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液。
46.(5)向纺丝液中加入2份功能化微胶囊，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，上油，烘干，得到相变调温发热纤维。
47.实施例4
48.实施例4是将实施例3中的十八烷替换为等质量的n
‑
乙基琥珀酰亚胺，其余制备步骤同实施例3。
49.(1)将聚乙二醇4000升温到90℃进行真空脱水，脱水结束后加入二苯基甲烷二异氰酸酯和异辛酸铋，聚乙二醇4000、二异氰酸酯的摩尔比为1:1.8，加热至75℃保温反应5h，得到聚氨酯预聚体。
50.(2)将1份远红外陶瓷粉与8份30％过氧化氢溶液混合，远红外陶瓷粉由纳米氧化
铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛组成，质量比为10:4:2，加热至80℃搅拌2h，使纳米无机粉体的表面羟基化，抽滤，水洗，干燥，粉碎，得到表面羟基化的远红外陶瓷粉。
51.(3)搅拌下将4份加热熔融的n
‑
乙基琥珀酰亚胺逐滴滴加到10份聚氨酯预聚体中，滴加完毕后继续搅拌30min，再加入2份表面羟基化的远红外陶瓷粉和异辛酸铋，加热至75℃保温反应2h，抽滤，水洗，干燥，得到功能化微胶囊。
52.(4)将98份聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液。
53.(5)向纺丝液中加入2份功能化微胶囊，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，上油，烘干，得到相变调温发热纤维。
54.对比例
55.对比例1是将实施例3中的步骤(2)删除，也就是不对远红外陶瓷粉进行表面羟基化处理，其余制备步骤同实施例3。
56.(1)将聚乙二醇4000升温到90℃进行真空脱水，脱水结束后加入二苯基甲烷二异氰酸酯和异辛酸铋，聚乙二醇4000、二异氰酸酯的摩尔比为1:1.8，加热至75℃保温反应5h，得到聚氨酯预聚体。
57.(2)搅拌下将4份加热熔融的十八烷逐滴滴加到10份聚氨酯预聚体中，滴加完毕后继续搅拌30min，再加入2份远红外陶瓷粉，加热至75℃搅拌2h，抽滤，水洗，干燥，得到功能化微胶囊。
58.(3)将98份聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液。
59.(4)向纺丝液中加入2份功能化微胶囊，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，上油，烘干，得到相变调温发热纤维。
60.将上述实施例1
‑
4和对比例制备的相变调温发热纤维分别经纺纱、织造工艺制成面料，纱线细度为12.8tex，采用1/3斜纹织造，经密52，纬密65。
61.按照标准fz/t 64010
‑
2000测试面料的法向发射率提高值，采用示差扫描量热法测试面料的相变调温性能，测试结果见表1。
62.表1
[0063][0064]
从表1可以看出，n
‑
乙基琥珀酰亚胺作为相变材料时，相变焓升高；对远红外陶瓷粉进行表面羟基化处理能够提高法向发射率以及耐水洗性能。
[0065]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。