发热纳米纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种发热纳米纤维，包括基体材料，发热粉体，基体材料为聚乙烯醇‑乙烯共聚物纳米纤维，发热粉体为过渡金属碳化物粉体，发热粉体均匀地附着在纳米纤维的表面。该发热纳米纤维的制备方法，包括1)将聚乙烯醇‑乙烯共聚物、水、异丙醇与发热粉体混合均匀得到共混液体，向共混液体中缓慢加入水并搅拌，水中即析出聚合物，将聚合物滤出，干燥，粉碎，得到聚乙烯醇‑乙烯共聚物粉体；2)聚乙烯醇‑乙烯共聚物粉体与醋酸丁酸纤维素混合均匀，经双螺杆挤出机纺丝得到发热纤维；3)将发热纤维浸泡在丙酮中，回流萃取，干燥得到发热纳米纤维。该方法简单，适合大量生产，得到的发热纳米纤维发热效果强，抗静电性能好，耐水洗能力强。

【技术实现步骤摘要】
发热纳米纤维及其制备方法
本专利技术涉及纳米纤维领域，尤其涉及一种发热纳米纤维及其制备方法。
技术介绍
发热纳米纤维不仅具有纳米纤维的防风性、调节水蒸气的透过性、优化保湿隔热性等特殊性能，而且具有自发热的功能，由于其独特的特性，其在化学、医药、民用等领域有着广泛的应用。目前制备发热纳米纤维采用的基体材料为聚烯烃材料，因为聚烯烃材料的表面全为疏水基团，因此制备的纤维容易积聚电荷而产生静电现象；而且表面活化能低以及材料的相容性差导致其染色性、黏结性、亲水性、抗静电性，以及与其它纤维材料的相容性差。目前制备发热纳米纤维采用的发热功能材料为电气石粉、竹碳粉与陶瓷粉母粒等，其发热效果不佳。传统制备纳米纤维的方法主要采用溶液纺丝或熔融纺丝，但是制备得到的纳米纤维直径较粗，通常在3微米以上，限制了这种纤维材料在服装等日常用品，以及在医学方面的应用。中国专利技术专利(授权公告号为CN104389043B授权公告日为2016年6月08日)公开了一种保暖发热纤维及其加工方法与应用，所述保暖发热纤维以聚己内酰胺为母粒，以电气石粉和竹炭粉为功能性粉体，为一种内加型发热纤维，此发热纤维的功能性粉末大多在纤维内部，利用效率低下，加大了工业成本，而且以电气石粉和竹碳粉为粉体的发热纤维的发热效果不佳，并且该发热纤维丝由于自身长度大小的局限性在很多精细化的领域不能得到应用。中国专利技术专利(申请公布号为CN102409426A申请公布日2012.04.11)公开了一种具有亲水性的功能型中空聚酯发热纤维，其制备工艺为：将聚酯、亲水性聚酯、电气石粉母粒、陶瓷粉母粒四种组份按一定比例共混熔融纺丝，经C型或圆弧型喷丝板挤出、并经后处理工艺，制得具有亲水性的功能型聚酯中空涤纶长丝或短纤，该专利是一种多功能的聚酯纤维。但是以此种方法制得的纤维为內加型纤维，是将功能性粉体与母粒共混熔融纺丝，因此大多功能性粉体在纤维内部使功能性粉体利用率低，并且中空纤维存在使用寿命短、加工难度大等缺点。同样的该中空聚酯发热纤维以电气石粉母粒，陶瓷粉母粒作为功能母粒，其发热效果不佳，且该发热纤维丝由于自身长度大小的局限性在很多精细化的领域不能得到应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种发热纳米纤维及其制备方法，其制备方法简单，效率高，适合批量生产，制备得到的发热纳米纤维的发热效果强，抗静电性能好，耐水洗能力强，而且纳米纤维的直径小可广泛应用于精细化的领域。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种发热纳米纤维，包括基体材料，发热粉体，其中，基体材料为聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维，发热粉体为过渡金属碳化物粉体，发热粉体均匀地附着在聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维的表面。进一步地，所述过渡金属碳化物粉体为碳化锆粉体、碳化钴粉体、碳化钼粉体、碳化钨粉体、碳化钽粉体中的至少一种；发热粉体的重量为聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％～1％；发热粉体的粒径为10～500nm，发热纳米纤维直径≤200nm。发热粉体的重量为聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％～1％，经过多次的试验表明，发热粉体的重量小于聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％，其发热效果不佳；当发热粉体的重量大于聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的1％，上升的温度不明显，多余的发热粉体无法附着在纳米纤维的表面而脱落下来，造成发热粉体的浪费。一种上述发热纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：1)制备聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体：将聚乙烯醇-乙烯共聚物、水、异丙醇与发热粉体混合均匀得到共混液体，向共混液体中缓慢加入水并搅拌，水中即析出聚合物，将聚合物滤出，干燥，粉碎，得到聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体；2)熔融纺丝：将聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体与醋酸丁酸纤维素(CAB)混合均匀，经双螺杆挤出机熔融共混，卷绕收集成束，得到发热纤维；3)制备发热纳米纤维：将发热纤维浸泡在丙酮中，回流萃取，使发热纤维中的CAB完全溶解在丙酮中后取出发热纤维，干燥完全即得发热纳米纤维。进一步，所述发热纳米纤维的制备方法，具体包括如下步骤：1)制备聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体：1a)按重量比，取聚乙烯醇-乙烯共聚物：水：异丙醇为5：6～10：10～14混合均匀得到聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液；采用5：6～10：10～14的比例，聚乙烯醇-乙烯共聚物溶解的较好。1b)取发热粉体，其重量为聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％～1％，按重量比，将发热粉体：水：异丙醇为5：6～10：10～14混合均匀得到发热粉体溶液；1c)将聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液与发热粉体溶液混合，搅拌均匀得到共混液体，向共混液体中缓慢加入4～20℃的冷水中，搅拌，冷水中即析出聚合物，将聚合物滤出，干燥，粉碎得到聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体；聚合物在4～20℃的冷水中更容易析出。2)熔融纺丝：将聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体与CAB按重量比为1:4～6混合均匀，经双螺杆挤出机熔融共混，卷绕收集成束，得到发热纤维；3)制备发热纳米纤维：将发热纤维浸泡在丙酮中，60～70℃回流萃取处理70～75小时，使发热纤维中的CAB完全溶解在丙酮中后取出发热纤维，干燥完全得到发热纳米纤维；将溶有CAB的丙酮经旋转蒸发仪蒸干丙酮溶剂后回收得到CAB，干燥后回收备用。进一步地，所述步骤2)中所述双螺杆挤出机各加温区温度设置分别为：一区温度：150℃；二区：190℃；三区：195℃；四区：200℃；五区：205℃；六区：210℃；七区：215℃；机头：220℃；停留时间2～3min，压力为15MPa。进一步地，所述的发热粉体为碳化锆粉体，碳化钴粉体、碳化钼粉体、碳化钨粉体、碳化钽粉体中的至少一种；所述发热粉体的粒径为10～500nm。本专利技术的发热纳米纤维的机理为：红外线本身是一种能量传递的电磁波，过渡金属碳化物粉体可以吸收红外线，从而达到蓄热升温的功能。本专利技术中采用的聚乙烯醇-乙烯共聚物(PVA-co-PE)购自日本可乐丽株式会社公司。本专利技术的有益效果在于：1，本专利技术选用的基体材料为聚乙烯醇-乙烯共聚物(PVA-co-PE)，PVA-co-PE共聚物中聚烯烃部分有大量的疏水基团，PVA-co-PE共聚物中聚乙烯醇部分有大量的羟基、羧基等亲水基团，而传统聚烯烃材料表面全为疏水基团，因此，PVA-co-PE共聚物的采用可极大地改善了传统聚烯烃纤维存在的抗静电性差、亲水差的问题，制备出来的纤维有优异的亲水性、染色性，在生物医药领域有广泛的应用。2，选用的发热粉体为一种过渡金属碳化物粉体，且粒径为10～500nm为纳米级，可以均匀地分散在PVA-co-PE纳米纤维中，使发热纳米纤维的发热均匀，提高纤维的舒适感。3，将PVA-co-PE共聚物溶于异丙醇和水的混合液中，然后将发热粉体也均匀分散在异丙醇和水的混合液中，待PVA-co-PE共聚物完全溶解后，将分散有功能粉体的混合液缓慢加入到PVA-co-PE共聚物溶液中，这种方法可以使发热粉体更好地分散在PVA-co-PE溶液中，并且这种混合的方式有利于发热粉体更好地附着在PVA-co-PE纳米纤维上，提高发热纳米纤维的耐水洗能力。4，采用CAB与PVA-co-PE共聚物共混挤出的方法制备纳米纤维，纳米纤维单丝直径≤200nm，纤维比表面积比一般的纺丝纤维单丝的比表面积大几十倍，可以有效地暴露出发热功能粉体，增强发热效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发热纳米纤维，包括基体材料，发热粉体，其特征在于：所述基体材料为聚乙烯醇‑乙烯共聚物纳米纤维，所述发热粉体为过渡金属碳化物粉体，所述发热粉体均匀地附着在聚乙烯醇‑乙烯共聚物纳米纤维的表面。

【技术特征摘要】
1.一种发热纳米纤维，包括基体材料，发热粉体，其特征在于：所述基体材料为聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维，所述发热粉体为过渡金属碳化物粉体，所述发热粉体均匀地附着在聚乙烯醇-乙烯共聚物纳米纤维的表面。2.根据权利要求1所述的发热纳米纤维，其特征在于：所述过渡金属碳化物粉体为碳化锆粉体、碳化钴粉体、碳化钼粉体、碳化钨粉体、碳化钽粉体中的至少一种。3.根据权利要求1所述的发热纳米纤维，其特征在于：所述发热粉体的重量为聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％～1％，所述发热粉体的粒径为10～500nm；所述发热纳米纤维直径≤200nm。4.一种如权利要求1所述的发热纳米纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)制备聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体：将聚乙烯醇-乙烯共聚物、水、异丙醇与发热粉体混合均匀得到共混液体，向共混液体中缓慢加入水并搅拌，水中即析出聚合物，将聚合物滤出，干燥，粉碎，得到聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体；2)熔融纺丝：将聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体与醋酸丁酸纤维素混合均匀，经双螺杆挤出机熔融共混，卷绕收集成束，得到发热纤维；3)制备发热纳米纤维：将发热纤维浸泡在丙酮中，回流萃取，使发热纤维中的醋酸丁酸纤维素完全溶解在丙酮中后取出发热纤维，干燥完全即得发热纳米纤维。5.根据权利要求4所述发热纳米纤维的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：1)制备聚乙烯醇-乙烯共聚物粉体：1a)按重量比，取聚乙烯醇-乙烯共聚物：水：异丙醇为5：6～10：10～14混...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵青华，梅涛，王栋，郭启浩，牛应买，吴永智，蒋海青，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42