一种聚合物/相变微胶囊复合纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚合物/相变微胶囊复合纤维及其制备方法，先将相变微胶囊分散在浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中得到分散液，在分散液中加入聚合物并在低真空状态下搅拌混合后进行脱水处理得到混合分散液，然后在高真空状态下搅拌脱水制得功能性纺丝液，最后纺丝制得聚合物/相变微胶囊复合纤维。本发明专利技术的制备方法简便灵活、成本低，克服了传统制备方法中直接在高真空状态下将相变微胶囊直接置于高粘度纺丝溶液中而导致其分散性差和易破损的缺点，最终制得的复合纤维的相变微胶囊的分散性好且不易破损，从而使得最终制得的复合纤维的相变微胶囊的添加效率高且纤维本身的力学性能优良，具有极好的经济价值和推广价值。

Polymer / phase change microcapsule composite fiber and preparation method thereof

The present invention relates to a polymer / microcapsule composite fiber and preparation method thereof, the microcapsules dispersed at the concentration of 50wt% n methyl morpholine nitrogen oxide in aqueous solution by adding the polymer dispersion in dispersion and mixing after dehydration treatment mixed dispersion in low vacuum condition, then in the high vacuum mixing dehydration function of spinning solution, finally spinning polymer / microcapsule composite fiber. The preparation method of the invention is simple and flexible, low cost, to overcome the traditional preparation method in high vacuum condition will be placed directly in the microcapsules with high viscosity spinning solution due to the poor dispersion and easy to damage the shortcomings of phase change composite fiber final prepared microcapsules with good dispersion and easy to be damaged, so that the phase change composite fiber final prepared microcapsules added mechanical properties of high efficiency and excellent fiber, has excellent economic value and popularization value.

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物/相变微胶囊复合纤维及其制备方法
本专利技术属于复合纤维领域，涉及一种聚合物/相变微胶囊复合纤维及其制备方法。
技术介绍
相变微胶囊是利用胶囊技术将相变材料，如石蜡，包裹在微胶囊壁材，如聚甲基丙烯酸，内部制成的相变复合材料，相变微胶囊直径一般在微米级别，其常可做为添加剂加入到基体材料中制成相变功能性复合材料，相变功能性复合材料被广泛应用于服装和医疗用品等领域。利用相变微胶囊制备相变纤维，相变纤维在30℃左右具有高温吸热，低温放热的现象，用作织物具有实时调温的作用。已有的相变纤维有腈纶，纤维素纤维体系，因熔纺温度高，易导致微胶囊破损，因此溶液纺是制备相变纤维的主要方法，而纤维素的资源丰富，易于自然降解等特性也使其功能化具有更高的价值。研究人员常在粘胶纤维或其它复合纤维中添加相变微胶囊，添加量为20％～40％时，相变焓可达10～20J/g，可以极大的提高复合纤维的品质。但在制备相变微胶囊复合纤维的过程中，往往将相变微胶囊直接与纺丝液混合，此时，由于纺丝液粘度高，使相变微胶囊难以在纤维素溶液中均匀分散，对混合设备的要求也较为苛刻，在制备过程中容易产生相变微胶囊分散不均匀和易破损流失等问题，例如文献Dissolutionandformingofcellulosewithionicliquids中纤维素聚合度为569，浓度为12.9wt％的纤维素/离子液体溶液，温度为85℃时的零切粘度为8670Pa·s；纤维素聚合度为569，浓度为10.4wt％的纤维素/1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)溶液，温度为85℃时的零切粘度达到7920Pa·s。对于这一问题，也曾有其他学者指出，例如文献Fabricationandmorphologicalcharacterizationofmicroencapsulatedphasechangematerials(microPCMs)andmacrocapsulescontainingMicroPCMsforthermalenergystorage曾指出在相变微胶囊的制备过程中容易产生破损的情况，如图1所示，其在制备过程中便存在一定的破损率，破损后的微胶囊中相变物质流失，失去相变功能，且小分子相变物质进入纤维中易使纤维的力学性能变差，因此，在后续制备纤维的过程中高温和真空搅拌更易使微胶囊出现破损的情况，最终导致微胶囊的添加效率变低；文献Thermoregulatingresponseofcottonfabriccontainningmicroencapsulatedphasechangematerials中通过微胶囊的技术制备了纤维素纤维相变材料，添加过程中采用高速搅拌使微胶囊在高粘溶液中分散，如图2所示，搅拌速率达到10000rpm时尚不能使微胶囊良好的分散，搅拌速率达13500rpm时微胶囊才可以达到分散状态，在高搅拌速率保证其分散性良好的条件下，相变微胶囊本身的完整性则不能够得到保证。以上相变纤维的制备过程中存在的问题为：(1)相变粘胶纤维强度较低；(2)离子液体体系没有实现工业化，且溶剂本身粘度大，给微胶囊的分散造成困难；(3)常规分散微胶囊通常需要用分散剂，影响氮甲基吗啉氮氧化物的回收利用；(4)强剪切分散和高真空度作用不会影响到溶剂的回收利用，但容易使微胶囊破裂而降低添加效率。因此，研究一种分散性好且不易发生破损流失的聚合物/相变微胶囊复合纤维及其制备方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术先将相变微胶囊在浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中分散均匀，然后再采用低真空脱水的方式，克服了传统制备方法中直接在高真空状态下将相变微胶囊直接置于高粘度纺丝溶液中而导致其分散性差和易破损的缺点，提供了一种分散性好且不易发生破损流失的聚合物/相变微胶囊复合纤维及其制备方法，从而提高了相变微胶囊的添加效率和最终得到的复合纤维的力学性能。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，步骤如下：(1)将相变微胶囊分散在浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中得到分散液，现有技术中常将相变微胶囊直接置于高粘度溶液中，由于溶液粘度较大，故而相变微胶囊在其中的分散性较差；(2)加入聚合物搅拌混合后进行脱水处理得到混合分散液，所述聚合物是指能够溶解在浓度为87wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中且可进行纺丝的物质，所述脱水处理是在低真空状态下进行的，真空压力为-0.05～0.08MPa，此时溶液粘度为最终溶液粘度的70％；现有技术采用的真空压力为-0.1MPa，开始抽真空过程中，微胶囊并未被固定在高粘的聚合物溶液中，在高真空度下易被搅拌和真空共同作用而破损；(3)在高真空状态下搅拌脱水，制得功能性纺丝液，所述高真空状态的真空压力的绝对值大于等于0.095MPa；(4)纺丝制得聚合物/相变微胶囊复合纤维。本专利技术先将微胶囊与溶剂氮甲基吗啉氮氧化物混合，在低剪切条件下制备微胶囊/氮甲基吗啉氮氧化物分散液，再在低真空状态下进行溶解纤维素，待溶液达到一定的粘度，再用高真空脱水使纤维素完全溶解，此时溶液粘度高微胶囊在溶液中难以运动，因此高真空状态不会破坏微胶囊的结构。作为优选的技术方案：如上所述的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，所述聚合物为纤维素、醋酸纤维素或聚芳砜酰胺。本专利技术中的聚合物的材料包括但不限于此，能够满足溶解在浓度为87wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中且可进行纺丝的物质皆可作为本专利技术中聚合物的备选材料。如上所述的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，步骤(1)中，所述相变微胶囊的直径为10μm，相变微胶囊中壁材与芯材的质量比为1:1，壁材为苯乙烯与甲基丙烯酸的共聚物，芯材为质量比为1:1的正十八烷和硬脂酸丁酯的混合物，所述分散液中相变微胶囊相对于浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液的含量为0.2～1wt％。如上所述的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，步骤(1)中，将相变微胶囊分散在浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中采用的方式为在线添加，即在生产线上的浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液输送管路上加装微胶囊在线添加装置。如上所述的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，步骤(2)中，所述脱水处理采用的方式为减压蒸馏；所述脱水处理的温度为80～110℃；所述混合分散液中聚合物的含量为2～6wt％，聚合物与相变微胶囊的质量比为5～20:1。如上所述的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，步骤(3)中，所述搅拌脱水采用的方式为减压蒸馏，所述搅拌脱水的温度为80～110℃，所述功能性纺丝液中聚合物的含量为6～12wt％，所述高真空状态的真空压力为-0.095～0.1MPa。如上所述的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，步骤(4)中，所述纺丝采用的工艺为湿法纺丝工艺或干喷湿法纺丝工艺。如上所述的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，所述纺丝的工艺流程为挤出、凝固和牵伸，其中凝固是在浓度为0～10wt％NMMO水溶液中进行的，纺丝工艺参数为：卷绕速率5～50m/min，牵伸倍数5～10。本专利技术还提供了与上述制备方法相对应的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维，相变微胶囊在纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，其特征是，步骤如下：(1)将相变微胶囊分散在浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中得到分散液；(2)加入聚合物搅拌混合后进行脱水处理得到混合分散液，所述聚合物是指能够溶解在浓度为87wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中且可进行纺丝的物质，所述脱水处理是在低真空状态下进行的，真空压力为‑0.05～0.08MPa；(3)在高真空状态下搅拌脱水，制得功能性纺丝液，所述高真空状态的真空压力的绝对值大于等于0.095MPa；(4)纺丝制得聚合物/相变微胶囊复合纤维。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，其特征是，步骤如下：(1)将相变微胶囊分散在浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中得到分散液；(2)加入聚合物搅拌混合后进行脱水处理得到混合分散液，所述聚合物是指能够溶解在浓度为87wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中且可进行纺丝的物质，所述脱水处理是在低真空状态下进行的，真空压力为-0.05～0.08MPa；(3)在高真空状态下搅拌脱水，制得功能性纺丝液，所述高真空状态的真空压力的绝对值大于等于0.095MPa；(4)纺丝制得聚合物/相变微胶囊复合纤维。2.根据权利要求1所述的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，其特征在于，所述聚合物为纤维素、醋酸纤维素或聚芳砜酰胺。3.根据权利要求1所述的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述相变微胶囊的直径为10μm，相变微胶囊中壁材与芯材的质量比为1:1，壁材为苯乙烯与甲基丙烯酸的共聚物，芯材为质量比为1:1的正十八烷和硬脂酸丁酯的混合物，所述分散液中相变微胶囊相对于浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液的含量为0.2～1wt％。4.根据权利要求1所述的一种聚合物/相变微胶囊复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将相变微胶囊分散在浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液中采用的方式为在线添加，即在生产线上的浓度为50wt％的氮甲基吗啉氮氧化物水溶液输送管路上加装微胶囊在线添加装置。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳宏，王乐军，张玉梅，田文智，刘怡宁，
申请(专利权)人：恒天生物基材料工程技术宁波有限公司，东华大学，恒天纤维集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33