一种相变储能超细复合纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种相变储能超细复合纤维及其制备方法和应用。该超细复合纤维由不同质量配比的聚合物载体和相变物质组成；所述相变物质分布在纤维的内部和表面；分布在纤维表面的相变物质通过交联剂与聚合物载体适度交联，使其固定在纤维表面上；即制得相变储能超细复合纤维。本发明专利技术的相变储能超细复合纤维在相变前后都能保持纤维形状，无相分离现象发生。本发明专利技术聚合物载体来源广泛，成本低廉，无毒无害，且制备方法简单、成本低廉，生产过程可靠。本发明专利技术可广泛应用于生物和医用材料、防寒保暖衣物、高功能材料、温控防护用品等众多领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种相变储能超细复合纤维，具体是指一种以聚合物为载体的定形相变储能超细复合纤维及其制备方法和应用。
技术介绍
相变材料具有蓄热密度大、蓄放热过程近似等温的特点，能够达到能量储存和释放及调节能量供给与需求失配的目的，是目前广泛应用的储能材料之一。相变材料按照相变过程一般分为固-固相变、固-液相变、固-气相变和液-气相变。由于后两者在相变过程中产生大量气体，相变材料体积变化大，尽管有较大的相变焓，但在实际应用中很少。因此，只有固-固和固-液相变材料才是共同关注的焦点。固-液相变材料目前国内外使用较多，但此类材料在应用中需要用特殊设备封装，一方面增加了传热热阻，另一方面增大了系统的体积和成本。为了解决固-液相变材料的缺点，出现了定形固-液复合高分子相变材料，即用一种熔点较高的高分子材料作为载体基质，与相变物质均匀混合，形成高分子相变复合材料。发生相变时，由于载体基质的支撑作用，虽然相变物质由固态转变成液态，但整个复合材料仍能在一定程度上保持其固体的形状和材料性能。例如专利申请号为“03129652.1”、专利技术名称为“一种相变复合纺丝原液及其制备和应用”的专利技术专利，采用高压静电场纺丝技术将高分子载体与相变物质溶解在同种溶剂中进行纺丝，得到了定形固-液相变储能纤维。但是，由于该纤维材料只是高分子与相变物质的简单物理共混，而两者之间所依赖的物理作用力相对较弱，材料经多次使用后易发生相变物质与载体的脱附、泄漏渗出以及宏观的两相分离等现象。固-固相变材料膨胀系数较小，不存在过冷和相分离现象，毒性腐蚀性小，无泄露问题；同时组成稳定，相变可逆性好，使用寿命长，装置简单。其中多元醇类是实际应用中最普遍的一类固-固相变材料。然而，由于多元醇加热到固-固相变温度以上时，由晶态变成塑性晶体，塑晶有很大的蒸气压，易于升华，从而导致其使用时仍需容器封装，而且是密闭的压力容器，这体现不出固-固相变材料的优越性。专利申请号为“200510035527.9”、专利技术名称为“一种纳米纤维素固-固相变材料及其制备方法”的专利技术专利，通过非均相体系在微晶纤维素上接枝聚乙二醇，制得了固-固相变储能材料，解决了多元醇升华的问题，但是这种材料的缺点是由于相变物质接枝率低导致材料整体相变焓低、导热性能较差。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的首要目的在于提供一种相变焓高、热稳定性好、不易发生相分离的固-固与定形固-液相结合的相变储能超细复合纤维。本专利技术的另一目的在于提供一种上述超细复合纤维的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供一种上述超细复合纤维的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现一种相变储能超细复合纤维，由不同质量比的聚合物载体和相变物质组成；所述相变物质分布在超细复合纤维的内部和表面，分布在表面的相变物质通过交联剂与聚合物载体适度交联；所述超细复合纤维的平均直径在50nm～10μm之间；所述的聚合物载体和相变物质按质量配比为聚合物载体100份、相变物质10～250份。所述相变储能超细复合纤维相变焓范围为5～250J/g，相变温度范围为30～185℃。所述的聚合物载体为天然高分子材料或者人工合成高分子材料；所述的相变物质为多元醇类或长链脂肪酸类；所述的交联剂为二元酸类交联剂、二元酸酐类交联剂或二异氰酸酯类交联剂等。所述的天然高分子材料包括纤维素及其衍生物、甲壳素及其衍生物、淀粉及其衍生物。所述的纤维素及其衍生物为纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、氰乙基纤维素、乙基氰乙基纤维、醋酸纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素，及其它们的衍生物；所述的人工合成高分子材料为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚亚胺酯、或者聚氧化乙烯等。所述的多元醇类为季戊四醇、新戊二醇、戊丙三醇或者重均分子量为1000～35000的聚乙二醇等；所述的长链脂肪酸类为硬脂酸及其衍生物。所述的二元酸类交联剂为乙二酸、丁二酸、戊二酸或己二酸等；所述的二元酸酐类交联剂为乙酸酐、马来酸酐或邻苯二甲酸酐等，所述的二异氰酸酯类交联剂为二异氰酸甲苯酯、1，6-亚己基二异氰酸酯、亚甲基二苯基二异氰酸酯、己二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯或间苯二异氰酸酯等。一种相变储能超细复合纤维的制备方法，包括如下步骤(1)先将聚合物载体与相变物质按一定质量比溶解在溶剂中，搅拌均匀形成混合纺丝溶液；所述聚合物载体和相变化合物按质量配比为聚合物载体100份，相变物质10～250份。(2)将混合纺丝溶液通过高压静电纺丝法进行纺丝，得到平均直径在50nm～10μm之间的超细纤维；所述纺丝具体条件为纺丝电压为5～70kV，喷丝头与收集板之间的距离为5～50cm，纺丝溶液进样流速为0.1～20mL/h，周围环境温度为15～35℃，空气相对湿度为40～90％。(3)将所得超细纤维浸入含有质量分数为1.0～100％交联剂的溶液中，通过加入催化剂或使用紫外灯照射，进行表面交联改性10min～5h，然后将改性后的超细纤维干燥，得到相变储能超细复合纤维。步骤(1)中所述的聚合物载体为天然高分子材料或者人工合成高分子材料；所述的相变物质为多元醇类或长链脂肪酸类；所述的溶剂为水、四氢呋喃、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、异丙醇、六氟异丙醇中一种或任意两种溶剂的混合物。步骤(3)中所述的交联剂为二元酸类交联剂、二元酸酐类交联剂或二异氰酸酯类交联剂等；所述的催化剂为质量分数为0.1～1％的二丁基二月桂酸锡、0.1～1％的二丁基二乙二醇锡、0.1～1％的二丁基二丙二醇锡或0.1～1％的二丁基二烯丙基锡等。上述相变储能超细复合纤维可广泛应用于生物和医用材料、防寒保暖材料、高功能材料、温控防护用品等众多领域。本专利技术将聚合物载体与相变物质按一定比例配制成混合纺丝溶液，通过高压静电场纺丝法制得平均直径在50nm～10μm范围内的超细纤维；然后对分布在超细纤维表面的相变物质与聚合物载体进行适度交联，将其固定在超细纤维表面上，制得相变焓高、热稳定性好、不易发生相分离的固-固与定形固-液相结合的相变储能超细复合纤维。本专利技术与现有技术相比，其优点和有益效果在于 1、本专利技术的相变储能超细复合纤维，既具有较高的相变焓；又通过表面上交联剂的化学键的作用，使得材料在使用过程中相变物质不易从载体中脱附，因此结合了固-液与固-固相变材料两者的优点。2、本专利技术的相变储能超细复合纤维，由于纤维的平均直径在纳米到微米级范围内(50nm～10μm)，因此材料具有巨大的比表面积、良好的通透性和优异的温度调节性能。3、本专利技术选用的天然聚合物载体尤其是纤维素类载体来源广泛，廉价易得，无毒无害；且制备方法(高压静电纺丝法)技术简单、成本低廉，生产过程可靠。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的介绍，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1分别将丙酮和N，N-二甲基乙酰胺以质量比2∶1混合，加入醋酸纤维素(CA，数均分子量29000，乙酰基取代度2.5)配制成质量分数为15％的溶液，然后加入聚乙二醇-4000(PEG-4000，质量比CA∶PEG-4000＝1∶1)，机械搅拌均匀形成混合纺丝溶液后，将其装入带有喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变储能超细复合纤维，其特征在于：由不同质量比的聚合物载体和相变物质组成；所述相变物质分布在超细复合纤维的内部和表面，分布在表面的相变物质通过交联剂与聚合物载体适度交联；所述超细复合纤维的平均直径在５０ｎｍ～１０μｍ之间；所述聚合物载体和相变物质按质量配比为：聚合物载体１００份，相变物质１０～２５０份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长中，王林格，黄勇，
申请(专利权)人：中国科学院广州化学研究所，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]