一种相变纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开一种相变纤维的制备方法，该方法利用RAFT细乳液界面聚合，制备得到亚微米相变胶囊水分散液，将其与纺丝原液直接混合，利用湿法纺丝，制备得到相变纤维。本发明专利技术制备得到的亚微米相变胶囊水分散液，其胶囊的芯材包覆量超过50wt％，胶囊的热焓值超过110J/g，胶囊的粒径小于1微米，实现了胶囊高包覆量与亚微米尺寸的统一。相变纤维结晶热和熔融热可超过20J/g，具有优良的调热性能；单根纤维直径小于50μm，具有较好的可编织性和舒适性。将亚微米相变胶囊水分散液与纺丝原液直接共混，可显著提高亚微米相变胶囊在相变纤维中的分散程度，使相变纤维的调热性能更加稳定，在智能纤维领域有巨大的应用前景。

A preparation method of phase change fiber

【技术实现步骤摘要】
一种相变纤维的制备方法
本专利技术涉及智能纤维领域，尤其涉及一种相变纤维的制备方法。
技术介绍
相变纤维是利用相变材料在相变过程中通过吸收或释放热量使温度保持不变的特性而研发出的一种储热调温功能纤维。该纤维织物根据环境温度自动调节织物内温度，在环境温度低时，自动调高织物内温度；在环境温度高时，自动调低织物内温度，使织物内温度处于较舒适的范围。微/纳米胶囊是一种具有独特纳米结构的复合粒子，由一至数十纳米厚的壳层壁材和芯材组成。相变胶囊是芯材为相变材料的一种微/纳米胶囊类型，相变胶囊可以解决或缓解相变材料在使用过程中出现的易泄露、导热效率低等问题。利用微胶囊制备相变调温织物的方法主要有微胶囊涂层法、微胶囊填充织物法、微胶囊纺丝法等。RAFT细乳液界面聚合是一种将RAFT活性自由基聚合和细乳液聚合结合制备胶囊的新方法。通过将双亲大分子RAFT试剂自组装在细乳化形成的油滴/水相界面上，形成的初级自由基会迅速向油滴/水相界面上的大分子RAFT试剂发生链转移反应，生成新的大分子自由基由于仍有双亲性会继续锚定在油滴界面上。这个自由基会与邻近的大分子RAFT试剂发生链转移反应或与油滴内单体发生链增长反应，反应重复发生，使得自由基始终处在油滴/水相界面上，从而限定聚合反应只在界面上发生。随着聚合反应进行，聚合物链由外向内增长，原地形成聚合物壁，而芯材留在核层。该方法解决了一般细乳液无法制备厚度均一、高交联度聚合物壳层的缺陷。目前，利用微胶囊法制备得到的纤维织物，尽管包覆量超过50wt％，具有一定的调热性能，但限于聚合方法，制备的胶囊尺寸均在微米级甚至毫米级，使得纤维直径偏大，热响应速度慢，柔软度和舒适度较差；而在细乳液聚合和已有的RAFT细乳液界面聚合体系中，包覆量多低于50wt％。考虑到相变纤维的实际应用，我们希望胶囊包覆量超过50wt％，以提供更多的相变潜热；并且相变胶囊粒径小于微米级，提供更大的比表面积，快的热响应速度，并保证进一步制备得到的调热纤维具有较小的直径，从而具备较好的柔软度和舒适度。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种相变纤维的制备方法，所制备得到的相变纤维具有较好的调热性能和较小的直径，在舒适度、可编织性和力学强度等方面均有较好的表现，在智能纤维领域的应用具有巨大的应用前景。具体技术方案如下：一种相变纤维的制备方法，方法的操作步骤如下：(1)将1质量份的分散质置于2～9质量份分散介质中，升高温度至60～95℃，搅拌0.1～4小时，得到纺丝原液。所述亚微米相变胶囊水分散液由以下步骤制得：(2)将0.01～0.5质量份的双亲性大分子RAFT乳化剂溶解于40～400质量份的去离子水中得到水相。(3)将0.01～0.5质量份的油溶性引发剂、5～200质量份的芯材与1～100质量份的单体混合均匀得到油相。(4)将上述步骤得到的水相和油相混合，搅拌预乳化5～30min，形成粗乳液。用剪切设备处理5～30min，得到细乳液。(5)补加0.01～0.2质量份的双亲性大分子RAFT乳化剂，通入惰性气体5～30min，升温至60～95℃，反应6～12h，得到亚微米相变胶囊水分散液。(6)将0.1～5质量份步骤(5)的亚微米相变胶囊水分散液与4～8质量份步骤(1)的纺丝原液混合，形成混合纺丝液；(7)将步骤(6)的混合纺丝液经喷头压入凝固浴，经湿热拉伸、干热拉伸工艺制得相变纤维。进一步地，上述步骤(1)中，分散质为聚乙烯醇、(苯乙烯-丙烯酸正丁酯-苯乙烯)嵌段共聚物、(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)嵌段共聚物或聚丙烯腈，分散介质为水、四氢呋喃、乙醇、甲苯、甲醇、乙醚、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。进一步地，上述步骤(3)中，所述凝固浴为硫酸钠水溶液、硫氰酸钠水溶液、氯化钠水溶液、硫酸镁水溶液、乙醇-水混合物、丙酮-水混合物、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。进一步地，所述步骤(2)中，双亲性大分子RAFT乳化剂的结构式为：R-(Mn1-co-Nn2)-X或R-(Mn1-b-Nn2)-X；其中，R为异丙酸基、乙酸基、2－氰基乙酸基或2－胺基乙酸基；Mn1中，M为甲基丙烯酸单体或丙烯酸单体单元，n1为M的平均聚合度，n1＝5～100；Nn2中，N为苯乙烯单体、丙烯酸正丁酯单体、丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯或甲基丙烯酸甲酯单体单元，n2为N的平均聚合度，n2＝5～100；X基团为烷基二硫代酯基团或烷基三硫代酯基团。进一步地，所述步骤(3)中，油溶性引发剂为偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂；芯材为C5～C28的烷烃或其混合物；单体为含乙烯基单体。进一步地，含乙烯基单体优选由丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟基乙酯、二乙烯基苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯或乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酸三甘醇中的一种或几种单体按任意比例组成。本专利技术的有益效果是，本专利技术利用RAFT细乳液界面聚合，可以制备粒径小于1微米的亚微米级相变胶囊；通过改变芯材和单体的质量比，可以调节亚微米相变胶囊的包覆量；通过简单调节双亲性大分子乳化剂用量，可以在100-1000nm范围内调节相变胶囊的尺寸；胶囊的尺寸固定时，芯材质量越大，单体质量越小，壳层更容易塌陷，难以实现较高的包覆量；当尺寸增大时，壳层壁材的界面张力降低，壳层不容易塌陷，可以制备高包覆量的亚微米相变胶囊。将得到的高包覆量亚微米相变胶囊与纺丝原液直接共混，利用湿法纺丝，经喷丝头将混合纺丝液压入凝固浴，再经湿热拉伸、干热拉伸的工艺，将纤维收集到辊轮。具有以下几个特点：1、方法采用RAFT细乳液界面聚合技术，可同时实现高包覆量(>50wt％)和小粒径(<1μm)的胶囊制备，且聚合过程中壳层聚合物分子量可控，所得相变胶囊壳层厚度均一。2、利用微胶囊纺丝法，避免了微胶囊涂层法和微胶囊填充织物法所造成的使用中胶囊易脱落、织物整体透气性差、柔软度差等问题；而利用RAFT细乳液界面聚合制备得到的高包覆量亚微米胶囊，则解决了其他聚合方法所制备微胶囊粒径大的问题，使得后续制备的相变纤维具备更好的柔软度、舒适度和更快的热响应速度。3、将亚微米相变胶囊水分散液与纺丝原液直接共混，大大提高了相变胶囊在纤维中的分散程度，制备得到的相变调热纤维调热性能稳定。附图说明图1是本专利技术实施例1所用双亲性大分子RAFT乳化剂分子结构示意图；图2是本专利技术实施例1所用双亲性大分子RAFT乳化剂核磁共振氢谱图；图3是本专利技术实施例1-4所合成不同包覆量亚微米相变胶囊的形貌图；图4是本专利技术实施例1-4所合成不同包覆量亚微米相变胶囊的粒径分布图；图5是本专利技术实施例1-4所合成不同包覆量亚微米相变胶囊的结晶热和熔融热曲线；图6是本专利技术实施例1(a)、实施例5(b)、实施例6(c)所制备相变调热纤维的形貌图；图7是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变纤维的制备方法，其特征在于，方法的操作步骤如下：/n(1)将1质量份的分散质置于2～9质量份分散介质中，升高温度至60～95℃，搅拌0.1～4小时，得到纺丝原液。/n所述亚微米相变胶囊水分散液由以下步骤制得：/n(2)将0.01～0.5质量份的双亲性大分子RAFT乳化剂溶解于40～400质量份的去离子水中得到水相。/n(3)将0.01～0.5质量份的油溶性引发剂、5～200质量份的芯材与1～100质量份的单体混合均匀得到油相。/n(4)将上述步骤得到的水相和油相混合，搅拌预乳化5～30min，形成粗乳液。用剪切设备处理5～30min，得到细乳液。/n(5)补加0.01～0.2质量份的双亲性大分子RAFT乳化剂，通入惰性气体5～30min，升温至60～95℃，反应6～12h，得到亚微米相变胶囊水分散液。/n(6)将0.1～5质量份步骤(5)的亚微米相变胶囊水分散液与4～8质量份步骤(1)的纺丝原液混合，形成混合纺丝液；/n(7)将步骤(6)的混合纺丝液经喷头压入凝固浴，经湿热拉伸、干热拉伸工艺制得相变纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种相变纤维的制备方法，其特征在于，方法的操作步骤如下：
(1)将1质量份的分散质置于2～9质量份分散介质中，升高温度至60～95℃，搅拌0.1～4小时，得到纺丝原液。
所述亚微米相变胶囊水分散液由以下步骤制得：
(2)将0.01～0.5质量份的双亲性大分子RAFT乳化剂溶解于40～400质量份的去离子水中得到水相。
(3)将0.01～0.5质量份的油溶性引发剂、5～200质量份的芯材与1～100质量份的单体混合均匀得到油相。
(4)将上述步骤得到的水相和油相混合，搅拌预乳化5～30min，形成粗乳液。用剪切设备处理5～30min，得到细乳液。
(5)补加0.01～0.2质量份的双亲性大分子RAFT乳化剂，通入惰性气体5～30min，升温至60～95℃，反应6～12h，得到亚微米相变胶囊水分散液。
(6)将0.1～5质量份步骤(5)的亚微米相变胶囊水分散液与4～8质量份步骤(1)的纺丝原液混合，形成混合纺丝液；
(7)将步骤(6)的混合纺丝液经喷头压入凝固浴，经湿热拉伸、干热拉伸工艺制得相变纤维。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中，分散质为聚乙烯醇、(苯乙烯-丙烯酸正丁酯-苯乙烯)嵌段共聚物、(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)嵌段共聚物或聚丙烯腈，分散介质为水、四氢呋喃、乙醇、甲苯、甲醇、乙醚、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗英武，赵玉海，高翔，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33