CN102443878A

CN102443878A - 一种相变调温、吸湿排汗多功能舒适性纤维

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Publication number: CN102443878A
Application number: CN2011102863971A
Authority: CN
Inventors: 张鸿; 杨淑瑞; 刘辉; 孙狄克
Original assignee: Dalian Polytechnic University
Current assignee: Dalian Polytechnic University
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2031-09-23
Also published as: CN102443878B

Abstract

一种相变调温、吸湿排汗多功能舒适性纤维，以互穿网络复合相变材料为储热调温材料，成纤聚合物为基体，加入成孔剂和增容剂配制纺丝原料，采用熔融纺丝工艺制成；纺丝原料的组成为：互穿网络复合相变材料与成纤聚合物按质量比(95-60)∶(5-40)混合，再加入二者总质量0～10％成孔剂和1～5％增容剂混匀；其中，成孔剂为分子量为1000～2000的PEG，增容剂为PP-g-PEGA、PP-g-PEG、PET-g-PEGA、PEGA、蒙脱土等其中的一种或多种。该多功能舒适性纤维的相转变温度范围30～55℃，熔融相变焓5.24～29.12J/g，断裂强度3.0～3.5cN/dex，热分解温度400℃以上。

Description

一种相变调温、吸湿排汗多功能舒适性纤维

技术领域

本发明涉及功能性纤维技术，具体涉及一种不仅具有热能存储和释放，而且具备吸湿排汗功能，综合性能良好的舒适性纤维。

背景技术

近年来随着相变材料的不断开发，利用相变材料相变潜热高、相变过程近似恒温、体积变化小，且过程易控制等特点，将其应用到相变纤维的生产上，可以开发出多功能多样化的相变纤维。相变纤维能够根据外界环境温度的变化，在一定的温度范围内自由调节纺织品内部温度，当外界环境温度升高时，可储存能量；当外界环境温度降低时释放能量，使纺织品内部温度波动相对较少，人穿着使用时会感觉更加舒适。在选择相变功能材料时，相变温度和相变焓最为重要，聚乙二醇(PEG)就具有相变焓大、热效率高、寿命长、形变小，材料易得、价格便宜、适合商业化生产等良好的综合性能，是优异的常温相变材料。以聚乙二醇作为相变材料添加到纺织材料上可以使织物具有双向调温的特殊功能，目前利用聚乙二醇制备相变调温纤维(织物)的相关研究包括中空纤维填充、表面涂覆处理、用交联方式将聚乙二醇添加到纺织材料等，上述方法仍存在生产效率低、工艺复杂、耐久性较差等缺陷。利用其它相变材料制备相变纤维的技术，多用溶液纺丝法，未见有熔融纺制调温纤维的工业化报道，其主要原因是熔融纺丝法的纺丝温度较高，在高温下，相变材料易流失、分解，但熔融纺丝法具有工艺流程简单及不使用溶剂等显著优势，因此本技术采用利用丙烯酰胺类交联网络骨架作为定形材料，与PEG相变材料进行互穿网络复合，实现了熔融纺丝加工相变调温功能性纤维。

随着生活水平的提高，人们对纺织品的要求越来越高，在追求舒适性的同时，越来越关注纺织品的功能化，进而对纤维的功能要求也变得越来越多，单一的功能已不能满足人们的需求，人们在不断地追求多功能化的纤维。吸湿排汗纤维和相变调温纤维即为二十一世纪两个最大的舒适性纤维品种。

发明内容

本发明提供一种多功能舒适性纤维，在上述相变调温功能的基础上通过加入PEG成孔剂及纤维截面异形化的方式，实现毛细芯吸和沟槽导湿作用，强化吸湿排汗多功能性。具体采用如下方案：

一种相变调温、吸湿排汗多功能舒适性纤维，以互穿网络复合相变材料为储热调温材料，成纤聚合物为基体，加入成孔剂和增容剂配制纺丝原料，采用熔融纺丝工艺制成；

所述多功能舒适性纤维的相转变温度范围30～55℃，熔融相变焓5.24～29.12J/g，断裂强度3.0～3.5cN/dex，热分解温度400℃以上；

所述纺丝原料的组成为：互穿网络复合相变材料与成纤聚合物按质量比(95-60)∶(5-40)混合，向其中加入二者总质量0～10％的成孔剂和1～5％的增容剂，混合均匀；其中，所述成孔剂为分子量为1000～2000的聚乙二醇(PEG)，增容剂为聚丙烯接枝聚丙烯酸乙二醇酯(PP-g-PEGA)、聚丙烯接枝聚乙二醇(PP-g-PEG)、聚对苯二甲酸接枝聚丙烯酸乙二醇酯(PET-g-PEGA)、聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)、蒙脱土等其中的一种或多种。

当互穿网络复合相变材料、成孔剂和增溶剂三者总含量为纺丝原料质量的20％时，纤维的综合性能最好，此时相变焓为17.1J/g，断裂强度为3.03CN/dtex，断裂伸长为50％，热分解温度达到400℃以上。

所述相变调温、吸湿排汗多功能舒适性纤维的制备方法，包括如下步骤：

①制备互穿网络复合相变材料：以N-羟甲基丙烯酰胺为网络单体，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，聚乙二醇为相变材料，过硫酸铵为引发剂，水为溶剂，采用溶液聚合法同步互穿合成；

其中，相变材料聚乙二醇分子量为2000～8000，其用量为总质量的40％～90％，交联剂与网络单体的摩尔比为1∶6～1∶12，网络单体与水的质量比为1∶4～1∶16，引发剂占网络单体的质量分数为1～4％，反应温度为70～85℃，反应时间为2～5h；

②制备相变调温、吸湿排汗多功能舒适性纤维：互穿网络复合相变材料与成纤聚合物按质量比(95-60)∶(5-40)混合，向其中加入二者总质量0～10％的成孔剂和1～5％的增容剂，混合均匀制成纺丝原料，采用熔融纺丝工艺制备目标产物；

所述成孔剂为分子量为1000～2000的PEG；所述增容剂为PP-g-PEGA、PP-g-PEG、PET-g-PEGA、PEGA、蒙脱土等其中的一种或多种。

本发明中步骤①所述溶液聚合法的反应体系分散方式为超声分散或机械搅拌，分散时间为5分钟；反应结束后，产物互穿网络复合相变材料放入35℃以下恒温干燥箱中干燥至恒重，或采用冷冻干燥。干燥后用分析研磨机研磨至200目以上。

本发明所述的成纤聚合物包括聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯、聚己内酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚己二酸己二胺等采用熔融纺丝工艺生产纤维的成纤聚合物中的一种。

本发明提供的纤维在具备相变调温功能的同时还具备吸湿排汗功能，并通过成孔剂的加入强化了吸湿排汗效果，解决了目前纤维功能单一的缺点，满足了人们对纺织品功能多样化的要求。

本发明方法掺混的功能改性剂有两类，一类为制备互穿网络聚合物(IPN)的过程中，利用少量丙烯酰胺类网络单体生成的交联网络为骨架，将分子量2000～8000的PEG相变材料通过物理互穿进行定形固定，作为蓄热调温功能组份加入，因其有良好的耐热性和抗剪切性，经熔融纺丝后仍保留在纤维基体中发挥相变调温功能；另一类为引入分子量1000～2000的纯PEG，作为加工成形过程中的成孔剂，利用其在纺丝和水洗处理过程中的挥发和溶出，使纤维产生毛细孔道，强化吸湿排汗功能。本发明的最大优点是利用不同分子量、不同定形处理的功能性组份PEG，实现相变调温和吸湿排汗两种改性效果。因化学性质相似，可采用同种类增容剂，实现可纺性和纤维构效关系的调控。

本发明制备的多功能舒适性纤维的吸湿高度和扩散能力符合行业标准，具有明显的吸湿排汗效果，且耐热性能优异。

本发明方法工艺简单、相变材料不易泄漏及热稳定性好，纤维可保留较高焓值，吸湿、力学等综合性能良好，可应用于不同领域。

与现有技术相比，本发明产品多功能舒适性纤维，具有以下突出优势。一是同时具备相变调温和吸湿排汗等多功能性；二是由于所述的聚丙烯酰胺类互穿网络定形相变复合材料，定形骨架为三维凝胶交联网络，网络孔洞可调，可以使相变材料泄漏更低，且耐热性良好；三是相变材料为不同分子量的PEG，可通过在聚合过程中同步互穿的方式，实现准固-固相变，不仅可以通过调节分子量或采用低共熔的方式调节相变温度和相变焓，而且在具备定形固定效果的同时仍然保留有大分子链的活动自由度，可避免相变焓的损失；四是吸湿排汗功能性成分PEG与相变调温功能成分均为PEG，相容性好，有利于工艺配方的综合调整；五是该多功能纤维可采用普通熔融纺丝方法加工，工艺简单，成本低廉，适于工业化生产。

附图说明

图1为实施例1所得相变调温纤维的表面及断面SEM图片；

图2为实施例1所得相变调温纤维的DSC曲线；

图3为实施例4所得相变调温纤维的DSC曲线；

图4为实施例1、2、3及4所得相变调温纤维的力学性能曲线；

图5为实施例1、2、3及4所得相变调温纤维的回潮率曲线。

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

本发明使用的聚乙二醇丙烯酸酯可由市场购买，也可按公开号为CN102093552的专利中公开的方法制备。

实施例1

①互穿网络复合相变材料的制备：以N-羟甲基丙烯酰胺为网络单体，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，聚乙二醇为相变材料。

其中，交联剂1.5g，单体8g，引发剂0.3g，聚乙二醇(分子量2000)24g，水50ml。

将网络单体、交联剂、聚乙二醇及溶剂水按上述比例称重置于烧瓶中，待溶解后超声分散5分钟，加入引发剂，30℃水温下分散5分钟，然后移入75℃水浴中反应3小时，之后在30℃低温下干燥。

②相变调温纤维制备：以聚乙二醇丙烯酸酯为增容剂，将复合相变材料与聚丙烯按比例在螺杆挤出机熔融共混纺丝，制得相变调温纤维。螺杆挤出机几何参数：D，20mm；L/D，25；工艺参数：转速，35r/min；温度，一区温度160℃，二区温度175℃，三区温度185℃，四区温度180℃。

其中，复合相变材料10g，聚丙烯40g，聚乙二醇丙烯酸酯2.5g。

所得相变调温纤维的表面及断面形态结构如图1所示，放大倍数分别为1000和1500。可见纤维虽然没有成孔剂的加入，但纤维表面有沟槽(图1a)，断面有孔洞形成(图1b)，具备吸湿排汗的功能。

图2为相变调温纤维的DSC分析曲线。此调温纤维熔融相变焓达到17.10J/g，熔融相转变温度为54.63℃，断裂强度为3.03CN/dtex，断裂伸长为50％，热分解温度400℃，结晶相变焓达到4.75J/g，结晶相转变温度为37.15℃。

实施例2

①互穿网络复合相变材料的制备：如实施例1。

其中，复合相变材料7.5g，聚丙烯42.5g，聚乙二醇丙烯酸酯2.5g。

实施例3

①互穿网络复合相变材料的制备：如实施例1。

其中，复合相变材料5g，聚丙烯45g，聚乙二醇丙烯酸酯2.5g。

实施例4

①互穿网络复合相变材料的制备：如实施例1。

其中，复合相变材料2.5g，聚丙烯47.5g，聚乙二醇丙烯酸酯2.5g。

图3为相变调温纤维的DSC分析曲线。此调温纤维熔融相变焓达到5.24J/g，相转变温度为54.79℃，熔融相变焓已达到理论值的80％(理论值为6.55J/g)。

图4为实施例1、2、3及4所得相变调温纤维的力学性能曲线。可见与纯聚丙烯纤维相比较，调温纤维的力学性能虽有所下降，但其断裂强度均保持在3cN/dex以上。

图5为实施例1、2、3及4所得相变调温纤维的的回潮率曲线。从图5中可以看出，在未加入成孔剂成分时，本发明方法制备的多功能纤维的回潮率随着IPN掺量的增加而增大，当IPN含量与聚合物基体质量比为20∶80时，回潮率达到了0.68％，使产品纤维具备多功能性，这主要是由于亲水性基团羟基和酰胺基的大量引入和非晶区比例的增大。

实施例5

①互穿网络复合相变材料的制备：如实施例1。

②相变调温纤维制备：以聚乙二醇丙烯酸酯为增容剂，以PEG为成孔剂，将复合相变材料与聚丙烯按比例在螺杆挤出机熔融共混纺丝，制得相变调温纤维。螺杆挤出机几何参数：D，20mm；L/D，25；工艺参数：转速，35r/min；温度，一区温度160℃，二区温度175℃，三区温度185℃，四区温度180℃。

其中，复合相变材料2.5g，聚丙烯47.5g，聚乙二醇丙烯酸酯2.5g，PEG 2.5g。

本实施例中为了强化产品纤维的吸湿排汗功能，加入了成孔剂，产品性能见表1。由于成孔剂的加入，本实施例制备的产品纤维的回潮率提高到2.54％，从而强化了产品纤维的吸湿排汗功能。

表1.各实施例产品的部分性能参数如下表所示：

Claims

1.一种相变调温、吸湿排汗多功能舒适性纤维，以互穿网络复合相变材料为储热调温材料，成纤聚合物为基体，加入成孔剂和增容剂配制纺丝原料，采用熔融纺丝工艺制成；

所述纺丝原料的组成为：互穿网络复合相变材料与成纤聚合物按质量比95-60∶5-40混合，向其中加入二者总质量0～10％的成孔剂和1～5％的增容剂，混合均匀；其中，所述成孔剂为分子量为1000～2000的PEG，增容剂为PP-g-PEGA、PP-g-PEG、PET-g-PEGA、PEGA、蒙脱土中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述多功能舒适性纤维，当互穿网络复合相变材料、成孔剂和增容剂三者总含量为纺丝原料质量的20％时，纤维的综合性能最好，此时相变焓为17.1J/g，断裂强度为3.03CN/dtex，断裂伸长为50％，热分解温度达到400℃以上。

3.如权利要求1所述相变调温、吸湿排汗多功能舒适性纤维的制备方法，包括如下步骤：

②制备相变调温、吸湿排汗多功能舒适性纤维：互穿网络复合相变材料与成纤聚合物按质量比95-60∶5-40混合，向其中加入二者总质量0～10％的成孔剂和1～5％的增容剂，混合均匀制成纺丝原料，采用熔融纺丝工艺制备目标产物；

所述成孔剂为分子量为1000～2000的PEG，增容剂为PP-g-PEGA、PP-g-PEG、PET-g-PEGA、PEGA、蒙脱土等其中的一种或多种。