相变纳米纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种相变纳米纤维的制备方法，属于功能性材料技术领域。该制备方法包括如下步骤：1)纳米纤维的预处理，2)充分反应，3)粗产物的后处理；本发明专利技术的制备方法利用PEG与PVA‑co‑PE上的羟基活性，通过缩合聚合的方式将相变材料接枝到PVA‑co‑PE纳米纤维上，制备的相变纳米纤维具有交联网状结构，即使在相变过程中，纤维的结构也比较稳定，不易变形，因此也就无泄露、无污染。

Preparation of phase change nanofibers

The invention discloses a preparation method of phase change nanofibers, which belongs to the technical field of functional materials. The preparation method comprises the following steps: 1) pretreatment of nano fiber, 2) full reaction, 3) crude product postprocessing; the preparation method of the invention using hydroxyl PEG and PVA Co PE, the phase change material is grafted to PVA Co PE nanofibers by condensation polymerization the way of transformation, the prepared nanometer fiber has cross-linked structure, even in the transformation process, the fiber structure is relatively stable, not easy to deformation, so there is no leakage, no pollution.

【技术实现步骤摘要】
相变纳米纤维的制备方法
本专利技术涉及相变材料，属于功能性材料
，具体地涉及一种相变纳米纤维的制备方法。
技术介绍
相变材料在相变过程中具备吸收或释放大量热量的潜能，相变调温纤维又称蓄热调温纤维，是将相变调温材料掺杂至纤维中制备的一种具有蓄热调温功能的纤维，蓄热调温纤维能够在外界环境温度变化时，利用其中的相变材料发生相转变过程与外界环境进行热交换，实现纤维温度调节功能，具体的过程为遇到高温时固体变成液体可使温度降低，遇到低温时液体变成固态，可使温度升高。目前相变调温纤维的制备方法主要有中空纤维浸渍法、涂层法、熔融复合纺丝法及微胶囊复合纺丝法，其中，熔融复合纺丝法对相变物质的熔点要求比较高，对于低温相变物质，通常需要加入大量增塑剂后才可以进行纺丝，比如将石蜡烃类相变材料混入一定的二氧化硅粉末，与聚烯烃进行熔融纺丝，可以得到相变温度为15～65℃的调温纤维。中国专利技术专利申请(申请公布日：2015-09-23，申请公布号：CN104928781A)公开了一种具有远红外功能的储能调温纤维的制备方法，该专利技术专利申请选取无机纳米粉体为载体基材，通过超声减压的方法将高储能相变介质聚乙二醇、远红外粉体载入无机粉体的内部空隙中，然后利用交联剂三烯丙基异氰脲酸酯、聚乙二醇而丙烯酸酯对纳米粒子进行封装制备得到远红外储能相变材料，再对上述远红外储能相变材料进行干燥处理后，与聚合物切片经双螺杆挤出机共混造粒，再经熔融纺丝法获得具有远红外功能的储能调温纤维。该方法的优点是采用无机粉体作为载体，制备的相变材料熔点比较高，不需要加入增塑剂，缺点是相变介质与载体直接进行物理吸附，结构不稳定。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种相变纳米纤维的制备方法。本专利技术的制备方法是通过缩合聚合的方式将相变介质接枝到载体上形成具备交联网状结构的相变纳米纤维，该相变纳米纤维在发生相变时，结构稳定，不易变形。为实现上述目的，本专利技术公开了一种相变纳米纤维的制备方法，该制备方法包括如下步骤：1)纳米纤维的预处理：将PVA-co-PE纳米纤维溶解到异丙醇和水的混合溶液中，并高速打碎成悬浮液，向悬浮液中加入丙酮并进行离心沉淀分离，得到的固体分散至丙酮中得到混合物，再将混合物转移至反应装置中搅拌均匀；2)充分反应：取相变材料将其加入所述步骤1)的反应装置中，与混合物混合均匀后，在搅拌状态下缓慢滴加交联剂，待交联剂滴加完全后再滴加催化剂，充分反应制备得到粗产物；3)粗产物的后处理：将所述步骤2)制备得到的粗产物采用溶剂进行离心洗涤，再干燥即得到相变纳米纤维。进一步地，所述步骤1)中，将混合物转移至反应瓶中，所述反应瓶置于恒温水浴条件下，控制水浴温度为70℃，搅拌10～30min。再进一步地，所述步骤1)中，所述悬浮液中PVA-co-PE纳米纤维的质量百分比为1～5％，异丙醇和水的质量比为1：1。更进一步地，所述步骤1)中，离心沉淀分离的离心速率为8000～12000r/min，控制温度为5℃，离心时间为2～10min。更进一步地，所述步骤2)中，控制搅拌速度为600～20000r/min，搅拌10～40min后再分别滴加交联剂和催化剂，在70℃的恒温水浴条件下搅拌反应1～5h，制备得到粗产物。更进一步地，所述步骤2)中，所述相变材料与PVA-co-PE纳米纤维的质量比为1：1～1：3，所述交联剂与催化剂的质量比1：1～1：9。更进一步地，所述步骤3)中，将粗产物采用乙醇进行离心洗涤至少一次，再自然风干即得到相变纳米纤维。更进一步地，所述相变材料为PEG-1000、PEG-2000、PEG-4000、PEG-6000、PEG-10000或PEG-20000中的一种。更进一步地，所述交联剂为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、邻苯二甲酸酐或乙二醇中的一种。更进一步地，所述催化剂为顺丁烯二酸二丁基锡、三氧化二锑、二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡中的一种。作为本专利技术其中的一种技术优选，所述相变材料为PEG-6000，所述交联剂为甲苯二异氰酸酯，所述催化剂为辛酸亚锡，制备得到的相变纳米纤维的热焓为102.01J/g。作为本专利技术另外的一种技术优选，所述相变材料为PEG-10000，所述交联剂为二苯基甲烷二异氰酸酯，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，制备得到的相变纳米纤维的热焓为101.02J/g。本专利技术在滴加交联剂和催化剂时，由于交联剂的性能比较活泼，在有催化剂存在的条件下，会发生自聚，因此，选用优先滴加交联剂，待交联剂滴加完毕后，再加入催化剂。本专利技术优选将异丙醇与水的质量比严格的控制在1:1，使得到的混合溶液对PVA-co-PE纳米纤维的溶解量能达到最大。本专利技术控制相变材料与PVA-co-PE纳米纤维的质量比为1：1～1：3，其目的是保证相变材料PEG中的羟基数量和PVA-co-PE中羟基的数量相等。本专利技术优选PVA-co-PE纳米纤维为本实验室自己制备，所述PVA-co-PE纳米纤维的直径为10～500纳米。本专利技术制备的相变纳米纤维的直径为80～800纳米。有益效果：1、本专利技术利用PEG与PVA-co-PE上的羟基活性，通过缩合聚合的方式将相变材料接枝到PVA-co-PE纳米纤维上，制备的相变纳米纤维具有交联网状结构，即使在相变过程中，纤维的结构也比较稳定，不易变形，因此也就无泄露、无污染。2、本专利技术制备的相变纳米纤维升温和降温的相变焓均＞99J/g。3、本专利技术通过将相变材料的调温单元微小化，有利于其与基体材料的混合，能最大限度呈现相变材料的调温效果，同时通过对纳米纤维的微观结构进行改性，使产物不仅仅具有纳米纤维的比表面积大、小尺寸化的优势，而且还具有相变材料的调温储能效果，提高了产物的综合性价比，本专利技术制备的相变纳米纤维可应用于纺织品、生物医药等领域。附图说明图1为实施例中相变纳米纤维的DSC测试曲线图；图2为实施例中纳米纤维的扫描电镜图；图3为实施例中相变纳米纤维的扫描电镜图；图4为实施例中相变纳米纤维的扫描电镜图。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，以下结合具体实施例及附图进一步阐明本专利技术的主要内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于以下实施例。实施例1将PVA-co-PE纳米纤维分散至质量比为1:1的异丙醇与水的混合溶液中，并高速打碎成悬浮液，所述悬浮液中PVA-co-PE纳米纤维的质量百分比为3％；向悬浮液中加入丙酮并进行离心洗涤；离心沉淀分离时控制离心机的离心速率为8000r/min，控制温度为5℃，离心时间为5min，得到的固体分散至丙酮中得到混合物，再将混合物转移至三口烧瓶中，所述三口烧瓶置于恒温水浴条件下，所述三口烧瓶上还安装有冷凝管和搅拌器，控制水浴温度为70℃，搅拌30min，再称取5g相变材料PEG-6000，将其加入到所述三口烧瓶中，控制搅拌速度为600r/min，搅拌0.5h使其混合均匀，再逐滴缓慢滴加5g交联剂甲苯二异氰酸酯(TDI)，待甲苯二异氰酸酯滴加完毕后，再滴加3g催化剂辛酸亚锡，继续在70℃的恒温水浴条件下搅拌反应3h，充分反应制备得到粗产物，将所得粗产物用乙醇进行离心洗涤2～3次，再自然风干即得到相变纳米纤维。经检测发现，所制备的相变纳米纤维的热焓为102.01J/g，相变温度为38.5℃；扫描电子显微镜测试显示，合成的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变纳米纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)纳米纤维的预处理：将PVA‑co‑PE纳米纤维溶解到异丙醇和水的混合溶液中，并高速打碎成悬浮液，向悬浮液中加入丙酮并进行离心沉淀分离，得到的固体分散至丙酮中得到混合物，再将混合物转移至反应装置中搅拌均匀；2)充分反应：取相变材料将其加入所述步骤1)的反应装置中，与混合物混合均匀后，在搅拌状态下缓慢滴加交联剂，待交联剂滴加完全后再滴加催化剂，充分反应制备得到粗产物；3)粗产物的后处理：将所述步骤2)制备得到的粗产物采用溶剂进行离心洗涤，再干燥即得到相变纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种相变纳米纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)纳米纤维的预处理：将PVA-co-PE纳米纤维溶解到异丙醇和水的混合溶液中，并高速打碎成悬浮液，向悬浮液中加入丙酮并进行离心沉淀分离，得到的固体分散至丙酮中得到混合物，再将混合物转移至反应装置中搅拌均匀；2)充分反应：取相变材料将其加入所述步骤1)的反应装置中，与混合物混合均匀后，在搅拌状态下缓慢滴加交联剂，待交联剂滴加完全后再滴加催化剂，充分反应制备得到粗产物；3)粗产物的后处理：将所述步骤2)制备得到的粗产物采用溶剂进行离心洗涤，再干燥即得到相变纳米纤维。2.根据权利要求1所述相变纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，将混合物转移至反应瓶中，所述反应瓶置于恒温水浴条件下，控制水浴温度为70℃，搅拌10～30min。3.根据权利要求2所述相变纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述悬浮液中PVA-co-PE纳米纤维的质量百分比为1～5％，异丙醇和水的质量比为1：1。4.根据权利要求3所述相变纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，离心沉淀分离的离心速率为8000～12000r/min，控制温度为5℃，离心时间为2～10min。5.根据权利...

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