一种具有储能调温功能的聚酯纤维及其制备方法.pdf

本发明提供了一种具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，包括第一部分和第二部分，所述的第二部分设于第一部分内部，所述的第一部分由包含纺丝级聚酯在内的原料制成，所述的第二部分由包含基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂在内的原料制成，所述的第二部分具有闭孔结构，所述的相变介质分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。本发明制备的储能调温功能的聚酯纤维具有仿皮芯结构或双构分结构，其芯层或原纤具有均匀闭孔结构，相变媒介储存于闭孔空间内或镶嵌于孔壁中间。该结构中的闭孔既可以锚定相变介质，又可以封存空气，使其达到保温协同效应的效果。

权利要求书
1.  一种具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，包括第一部分和第二部分，所述的第二部分设于第一部分内部，所述的第一部分由包含纺丝级聚酯在内的原料制成，所述的第二部分由包含基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂在内的原料制成，所述的第二部分具有闭孔结构，所述的相变介质分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。

2.  如权利要求1所述的具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构或者构成第二部分分散在第一部分内部的双构分结构。

3.  如权利要求1所述的具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，所述的纺丝级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。

4.  如权利要求1所述的具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，所述的基体聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯或聚乙烯。

5.  如权利要求1所述的具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，所述的基体聚合物在一个大气压下的熔点温度为90～130℃。

6.  如权利要求1所述的具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，所述的相变介质为聚乙二醇、石蜡、硬脂酸、月桂酸、葵二酸、聚乙二醇单丙烯酸酯、硬脂酰氯、月桂酰氯和葵二酰氯中的一种或几种。

7.  如权利要求1所述的具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，所述的助交联剂为过氧化二异丙苯或二叔丁基过氧化物。

8.  如权利要求1所述的具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，所述的第一部分和第二部分的质量比为1/3～9/1。

9.  如权利要求1所述的具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，所述的第二部分由相变介质20～60wt％、发泡剂偶氮二甲酰胺0.5～5％、活化剂氧化锌0.5～1％、助交联剂0.2～1％和余量的基体聚合物制成。

10.  权利要求1-9中任一项所述的具有储能调温功能的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：将第一部分的原料和第二部分的原料加入具 有两条单螺杆的复合纺丝系统，采用双组分纤维组件或双构分纤维纺丝组件进行熔融纺丝，得到具有储能调温功能的聚酯纤维。

说明书一种具有储能调温功能的聚酯纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于智能调温纤维的制备领域，特别涉及一种具有储能调温功能的聚酯纤维及其制备方法。
背景技术
随着社会需求的不断发展、生活环境的日益变化，人们对服用和家用纺织品提出了多功能智能型的需求。在皮肤接触的舒适性方面，人体保暖尤为重要。保暖型智能调温纤维可利用纤维自身对热量的储存与释放以达到调节人体与织物之间微环境的目的。聚酯纤维作为目前最主要的纺织原料，2013年中国大陆的聚酯产能达到3100万吨，在功能化聚酯纤维方面市场很广，但是产业化且性能稳定的产品市场化很少。
目前蓄热调温纤维的制备方法有微胶囊湿法纺丝法、中空纤维填充法、纤维表面填充法等等。微胶囊湿法纺丝法存在制备过程污染大，工序繁杂的弊端；中空纤维填充法，存在相变材料易泄露的缺点；纤维表面涂层法存在耐洗性差的缺陷。发明专利CN 103710964 A将中空纤维放入贮液槽，进行相变材料的灌装，其纤维末端的封端存在问题。发明专利CN 101906670 B公开了一种熔纺型固-液复合相变纤维的纺丝设备及其制备方法，将液态相变材料直接以液态的形式储存在纤维内部，液态相变材料熔化化也存在不稳定的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有储能调温功能的聚酯纤维及其制备方法，该方法制备的纤维截面呈现为仿皮芯结构或双构分结构，其芯层或原纤具有均匀闭孔结构，相变媒介储存于闭孔空间内或镶嵌于孔壁中间。本发明的智能型储能调温纤维具有成本低、污染小、焓值高、储能调温能力强的优点，可较好的应用在聚酯纤维的功能化改性领域，满足化纤行业生产需求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有储能调温功能的聚酯纤维，其特征在于，包括第一部分和第二部分，所述的第二部分设于第一部分内部，所述的第一部分由包含纺丝级聚酯在内的原料制成，所述的第二部分由包含基体聚 合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂在内的原料制成，所述的第二部分具有闭孔结构，所述的相变介质分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
优选地，所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构或者构成第二部分分散在第一部分内部的双构分结构。
优选地，所述的纺丝级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。
优选地，所述的基体聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯或聚乙烯。
优选地，所述的基体聚合物在一个大气压下的熔点温度为90～130℃。
优选地，所述的相变介质为聚乙二醇、石蜡、硬脂酸、月桂酸、葵二酸、聚乙二醇单丙烯酸酯、硬脂酰氯、月桂酰氯和葵二酰氯中的一种或几种。
优选地，所述的助交联剂为过氧化二异丙苯或二叔丁基过氧化物。
优选地，所述的第一部分和第二部分的质量比为1/3～9/1。
优选地，所述的第二部分由相变介质20～60wt％、发泡剂偶氮二甲酰胺0.5～5％、活化剂氧化锌0.5～1％、助交联剂0.2～1％和余量的基体聚合物制成。
优选地，所述的第二部分的闭孔结构的孔洞率为20～50％，孔径为0.1～1μm。
本发明还提供了上述的具有储能调温功能的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：将第一部分的原料和第二部分的原料加入具有两条单螺杆的复合纺丝系统，采用双组分纤维组件或双构分纤维纺丝组件进行熔融纺丝，得到具有储能调温功能的聚酯纤维。
本发明利用仿皮芯结构双组分纤维或者双构分纤维的方法，利用芯层或原纤结构中均匀的闭孔结构，对相变媒介进行封存，且部分相变材料直接可镶嵌在孔壁中间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明制备的储能调温功能的聚酯纤维具有仿皮芯结构或双构分结构，其芯层或原纤具有均匀闭孔结构，相变媒介储存于闭孔空间内或镶嵌于孔壁中间。该结构中的闭孔既可以锚定相变介质，又可以封存空气，使其达到保温协同效应的效果。
(2)本发明的储能调温功能的聚酯纤维具有成本低、污染小、焓值高、储 能调温能力强的优点，可较好的应用在聚酯纤维的功能化改性领域，满足化纤行业生产需求。
附图说明
图1a为仿皮芯结构的具有储能调温功能的聚酯纤维结构示意图
图1b为仿皮芯结构的具有储能调温功能的聚酯纤维截面图；
图2a为双构分结构的具有储能调温功能的聚酯纤维结构示意图
图2b为双构分结构的具有储能调温功能的聚酯纤维截面图；
图中，1为第一部分，2为第二部分，3为相变介质。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明各实施例所述的聚乙二醇单丙烯酸酯参照国家发明专利CN 102516471 B合成，其数均分子量为1000～10000。本发明各实施例中的相变焓值通过DSC测定得到。
实施例1
如图1a和1b所示，一种具有储能调温功能的聚酯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚酯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构。所述的纺丝级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述的基体聚合物为在一个大气压下的熔点温度为130℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述的相变介质为聚乙二醇单丙烯酸酯。所述的助交联剂为过氧化二异丙苯。
上述的具有储能调温功能的聚酯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入50重量份聚对苯二甲酸乙二醇酯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆加入30重量份的聚乙二醇单丙烯酸酯、2.5重量份的偶氮二甲酰胺、0.5重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.5重量份的过氧化二异丙苯、16.5重量份的熔点为130℃聚对苯二甲酸乙二醇 酯的预混物，其第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双组分皮芯纺丝组件熔融纺丝，纺丝温度为270℃，纺丝速度为1500m/min，得到具有储能调温功能的聚酯纤维，其中芯层孔洞率为约为50％、且孔径约为1μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到20～30J/g。
实施例2
如图1a和1b所示，一种具有储能调温功能的聚酯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚酯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构。所述的纺丝级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述的基体聚合物为在一个大气压下的熔点温度为130℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述的相变介质为聚乙二醇和葵二酸。所述的助交联剂为二叔丁基过氧化物。
上述的具有储能调温功能的聚酯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入50重量份聚对苯二甲酸丙二醇酯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入15重量份的聚乙二醇(数均分子量为2000)、15重量份的葵二酸、2.5重量份的偶氮二甲酰胺、0.5重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.5重量份的二叔丁基过氧化物、16.5重量份的熔点为130℃聚对苯二甲酸乙二醇酯的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双组分皮芯纺丝组件熔融纺丝，纺丝温度为270℃，纺丝速度为800m/min，得到具有储能调温功能的聚酯纤维，其中芯层孔洞率为约为20％、且孔径约为0.1μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到10～20J/g。
实施例3
如图2a和2b所示，一种具有储能调温功能的聚酯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚酯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰 胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第二部分分散在第一部分内部的双构分结构。所述的纺丝级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述的基体聚合物为在一个大气压下的熔点温度为90℃聚乙烯。所述的相变介质为石蜡。所述的助交联剂为过氧化二异丙苯。
上述的具有储能调温功能的聚酯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入90重量份聚对苯二甲酸丁二醇酯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入2重量份的石蜡、0.05重量份的偶氮二甲酰胺、0.05重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.02重量份的过氧化二异丙苯、7.88重量份的熔点为90℃聚乙烯切片的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双构分纺丝组件熔融纺丝，纺丝温度为250℃，纺丝速度为1000m/min，得到具有储能调温功能的聚酯纤维，其中类原纤结构的孔洞率为约为50％、且孔径约为1μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到2～5J/g。
实施例4
如图1a和1b所示，一种具有储能调温功能的聚酯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚酯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构。所述的纺丝级聚酯为聚对苯二甲酸丁二醇酯。所述的基体聚合物为在一个大气压下的熔点温度为130℃的聚丙烯。所述的相变介质为硬脂酸。所述的助交联剂为过氧化二异丙苯。
上述的具有储能调温功能的聚酯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入25重量份聚对苯二甲酸丁二醇酯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入22.5重量份的硬脂酸、2.25重量份的偶氮二甲酰胺、0.75重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.375 重量份的过氧化二异丙苯、49.125重量份的熔点为130℃聚丙烯的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双组分皮芯纺丝组件熔融纺丝，纺丝温度为280℃，纺丝速度为2000m/min，得到具有储能调温功能的聚酯纤维，其中芯层孔洞率为约为30％、且孔径约为0.5μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到20～30J/g。
实施例5
如图1a和1b所示，一种具有储能调温功能的聚酯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚酯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构。所述的纺丝级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述的基体聚合物为在一个大气压下的熔点温度为120℃的聚碳酸酯。所述的相变介质为硬脂酰氯和月桂酰氯。所述的助交联剂为过氧化二异丙苯。
上述的具有储能调温功能的聚酯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入50重量份聚对苯二甲酸乙二醇酯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入20重量份的硬脂酰氯、10重量份的月桂酰氯、2.5重量份的偶氮二甲酰胺、0.5重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.5重量份的过氧化二异丙苯、16.5重量份的熔点为120℃的聚碳酸酯的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双组分皮芯纺丝组件熔融纺丝，纺丝温度为270℃，纺丝速度为1000m/min，得到具有储能调温功能的聚酯纤维，其中芯层孔洞率为约为40％、且孔径约为0.8μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到8～20J/g。
实施例6
如图1a和1b所示，一种具有储能调温功能的聚酯纤维，由第一部分1和第二部分2组成，所述的第二部分2设于第一部分1内部，所述的第一部分1由纺丝级聚酯制成，所述的第二部分2由基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰 胺、活化剂氧化锌和助交联剂制成，所述的第二部分2具有闭孔结构，相变介质3分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。
所述的第一部分和第二部分构成第一部分为皮层，第二部分为芯层的皮芯结构。所述的纺丝级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。所述的基体聚合物为在一个大气压下的熔点温度为95℃聚氨酯。所述的相变介质为葵二酰氯。所述的助交联剂为过氧化二异丙苯。
上述的具有储能调温功能的聚酯纤维的制备方法为：首先，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第一单螺杆中加入50重量份聚对苯二甲酸乙二醇酯切片，在具有两条单螺杆的复合纺丝系统的第二单螺杆中加入30重量份的葵二酰氯、2.5重量份的偶氮二甲酰胺、0.5重量份的纳米氧化锌(粒径50～200nm)、0.5重量份的过氧化二异丙苯、16.5重量份的熔点为95℃聚氨酯的预混物，其中第二单螺杆的机头压力比第一单螺杆的机头压力高0.5～1MPa。然后利用具有两条单螺杆的复合纺丝系统的双组分皮芯纺丝组件熔融纺丝，纺丝温度为270℃，纺丝速度为2000m/min，得到具有储能调温功能的聚酯纤维，其中芯层孔洞率为约为45％、且孔径约为1μm均匀闭孔结构。实验发现，制备纤维的相变焓值达到20～30J/g。