一种乳液静电纺皮芯结构相变纤维的制备方法与流程

1.本发明属于纺织加工领域，特别涉及一种乳液静电纺皮芯结构相变纤维的制备方法。


背景技术：

2.相变材料(pcm)是一种新型的储能材料，将其添加到纺织品中，可通过相转变使纺织品与人体间的“微环境”处在一适宜温度范围，维持人体的热舒适性。常见的纺织品内相变材料的存在形式有相变微胶囊及相变纤维两种，其中，相变微胶囊常在后处理工序中通过涂层的方式被添加到纺织品中，然而，此法得到的纺织品常存在柔软度低、透气性差等问题，相比之下，相变纤维则对纺织品的固有性能与后续加工不会产生太大影响，因此被广泛应用。
3.在相变领域，静电纺丝作为一种先进的制作相变纤维的手段，与普通相变纤维制备方法相比，静电纺丝得到的相变纤维尺寸多为纳米级，具有稳定的纤维形貌和较大的比表面积，作为相变组分的支撑材料具有更好的形状稳定性和更大的温度传输面积，热响应速度更快。目前常见的制备相变纤维的静电纺丝设备有单轴静电纺及同轴静电纺两种，但二者均有其明显的弊端。单轴静电纺具有装置简单射流稳定、相变组分含量高、对纺丝温度限制低和相变组分含量可控的优点，但是，当纺丝液状态为溶液时，所得纤维会存在相变材料包覆不完全，即相变材料不能被完全封装，在固-液转换过程中易出现液体渗漏的现象等问题，这严重限制了某些难溶相变材料的应用，而同轴静电纺可有效解决这一问题，将本不互溶的高聚物与相变材料分别作为皮层和芯层，制得皮芯结构相变纤维，进一步解决固-液相变过程中材料的液体渗漏问题，但是同轴静电纺对装置设备要求较高，制备过程复杂，存在纤维中相变材料含量低、纺丝射流不稳定、可控性差等弊端。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种乳液静电纺皮芯结构相变纤维的制备方法，以克服现有技术中采用单轴静电纺或同轴静电纺制备相变纤维带来的缺陷。本发明采用乳液静电纺丝通过乳化作用可使难溶的相变物质分散在易成纤的高聚物载体中，形成均匀的纺丝乳液，所需装置设备简便，仅需采用单轴喷丝头即可直接制备皮芯结构的纤维，实现芯层相变材料在皮层支撑材料中的良好封装，完美的解决单轴静电纺和同轴静电纺二者的缺点，为制备相变纤维提供了一种新的方法。
5.本发明提供一种乳液静电纺皮芯结构相变纤维的制备方法，包括：
6.(1)将水溶性聚合物溶于水中，搅拌，得到聚合物水溶液；
7.(2)将乳化剂溶于水中，加入相变材料，搅拌，得到纺丝乳液前驱体；
8.(3)将步骤(1)中聚合物水溶液与步骤(2)中纺丝乳液前驱体混合，搅拌，得到纺丝乳液，静电纺丝，干燥，得到皮芯结构相变纤维。
9.优选地，所述步骤(1)中水溶性聚合物为聚乙烯醇pva。
10.更优选地，所述聚乙烯醇pva为聚乙烯醇pva1788。
11.优选地，所述步骤(1)中水溶性聚合物占水溶性聚合物以及步骤(1)和步骤(2)中水总质量的10-12wt％。
12.优选地，所述步骤(1)中搅拌温度为80℃-95℃，搅拌时间为2h-3h，搅拌速度为300r/min-500r/min。
13.优选地，所述步骤(2)中乳化剂为十二烷基苯磺酸钠sdbs。
14.优选地，所述步骤(2)中相变材料为十二醇dd或者十四醇td。
15.优选地，所述步骤(2)中乳化剂占步骤(1)中水溶性聚合物以及步骤(1)和步骤(2)中水总质量的0.5-2wt％；相变材料占步骤(1)中水溶性聚合物以及步骤(1)和步骤(2)中水总质量的5％-10wt％。
16.优选地，所述步骤(2)中搅拌温度为70℃-85℃，搅拌时间为30min-40min，搅拌速度为800r/min-1500r/min。
17.优选地，所述步骤(3)中聚合物水溶液和纺丝乳液前驱体的质量比为1.47：1～1.77：1。
18.优选地，所述步骤(3)中搅拌温度为70℃-85℃，搅拌时间为1h-1.5h，搅拌速度为800r/min-1500r/min。
19.优选地，所述步骤(3)中静电纺丝的工艺参数为：纺丝液挤出量为0.5ml/h-0.7ml/h，纺丝距离为15cm-18cm，纺丝电压为15kv-18kv，设定环境温度为24～28℃，相对湿度为40％～60％，纺丝时间为2-5h，采用铝箔接收。
20.优选地，所述步骤(3)中干燥为硅胶干燥。
21.本发明还提供一种上述制备方法制备得到的皮芯结构相变纤维。
22.本发明还提供一种上述皮芯结构相变纤维在纺织品中的应用。
23.有益效果
24.本发明采用单针头喷丝装置制备皮芯结构相变纤维，大大简化了皮芯结构相变纤维的制备装置，增强了静电纺射流的可控性，显著提升了静电纺相变纤维的防渗漏性能，有效解决了相变调温纺织品内的相变成分易渗漏的技术难题。
附图说明
25.图1为实施例1中乳液静电纺丝制备的皮芯结构相变纤维sem图。
26.图2为实施例1中乳液静电纺丝制备的皮芯结构相变纤维tem图。
27.图3为实施例1中乳液静电纺丝制备的皮芯结构相变纤维热循环15次前后dsc曲线。
28.图4为实施例3中乳液静电纺丝制备的皮芯结构相变纤维热循环15次前后dsc曲线。
29.图5为实施例4中乳液静电纺丝制备的皮芯结构相变纤维热循环15次前后dsc曲线。
具体实施方式
30.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技术所附权利要求书所限定的范围。
31.以下所有实施例中，pva1788来源于阿拉丁试剂(上海)有限公司，十二烷基苯磺酸钠sdbs、十二醇dd均来源于上海国药集团化学试剂有限公司。所有药品的质量分数均为相对于步骤(1)中pva+步骤(1)和步骤(2)中全部超纯水的质量分数。
32.所有实施例中，防渗漏性能的测试方法及条件为：在dsc8500差示扫描量热仪内放置4mg相变纤维样品，设置气氛为氮气，升降温速率为10℃/min，得到样品在0～50℃升降温循环15次的dsc曲线。利用pyris manager软件对曲线进行分析，得到15次热循环前后样品焓值及焓值损失率数据。
33.实施例1
34.(1)将10wt％(相对于pva+h2o，下同)的pva1788溶于超纯水中，90℃水浴加热下以500r/min的速率磁力搅拌3h，得到pva水溶液。
35.(2)将1wt％的十二烷基苯磺酸钠sdbs溶于10g超纯水后，加入5wt％十二醇dd，80℃水浴加热条件下，以1000r/min的速率磁力搅拌40min，得到纺丝乳液前驱体。
36.(3)将步骤(1)中聚乙烯醇水溶液与步骤(2)中所述纺丝乳液前驱体趁热混合，二者质量比为100:59，然后在80℃水浴加热条件下，以1000r/min的速率磁力搅拌1h，得到纺丝乳液。
37.(4)将纺丝乳液进行静电纺丝，纺丝温度28℃，相对湿度40％，纺丝针头型号为18号(内径为0.86mm，外径为1.26mm)，纺丝液挤出量0.5ml/h，纺丝距离16cm，纺丝电压15kv。纺丝时间约2h，所得纤维由铝箔接收，硅胶干燥后得到乳液静电纺皮芯结构相变纤维。
38.图1表明：由十二醇dd作为分散相，聚乙烯醇pva作为连续相，十二烷基苯磺酸钠sdbs作为乳化剂，制备的皮芯结构相变纤维具有良好的表面形貌。
39.图2表明：由十二醇dd作为分散相，聚乙烯醇pva作为连续相，十二烷基苯磺酸钠sdbs作为乳化剂，制备的相变纤维内部具有均匀连续、界限分明的皮芯结构。
40.图3表明：在经过15次热循环后，相变纤维的焓值从33.8j/g变成了33.7j/g，焓值损失率仅为0.3％，由此充分证明了制备的皮芯结构相变纤维具有良好的防渗漏性能。
41.实施例2
42.(1)将12wt％(相对于pva+h2o，下同)的pva1788溶于超纯水中，90℃水浴加热下以500r/min的速率磁力搅拌3h，得到pva水溶液。
43.(2)将1wt％的十二烷基苯磺酸钠sdbs溶于10g超纯水后，加入5wt％十二醇dd，80℃水浴加热条件下，以1000r/min的速率磁力搅拌40min得到纺丝乳液前驱体。
44.(3)将步骤(1)中聚乙烯醇水溶液与步骤(2)中所述纺丝乳液前驱体趁热混合，二者质量比为103:59，然后在80℃水浴加热条件下，以1000r/min的速率磁力搅拌1h，得到纺丝乳液。
45.(4)将纺丝乳液进行静电纺丝，纺丝温度28℃，相对湿度40％，纺丝针头型号为18号(内径为0.86mm，外径为1.26mm)，纺丝液挤出量0.5ml/h，纺丝距离16cm，纺丝电压15kv。纺丝时间约2h，所得纤维由铝箔接收，硅胶干燥后得到乳液静电纺皮芯结构相变纤维。
46.实施例3
47.(1)将10wt％(相对于pva+h2o，下同)的pva1788溶于超纯水中，90℃水浴加热下以500r/min的速率磁力搅拌3h，得到pva水溶液。
48.(2)将1wt％的十二烷基苯磺酸钠sdbs溶于10g超纯水后，加入8wt％十二醇dd，80℃水浴加热条件下，以1000r/min的速率磁力搅拌40min，得到纺丝乳液前驱体。
49.(3)将步骤(1)中聚乙烯醇水溶液与步骤(2)中所述纺丝乳液前驱体趁热混合，二者质量比为200:127，然后在80℃水浴加热条件下，以1000r/min的速率磁力搅拌1h，得到纺丝乳液。
50.(4)将纺丝乳液进行静电纺丝，纺丝温度28℃，相对湿度40％，纺丝针头型号为18号(内径为0.86mm，外径为1.26mm)，纺丝液挤出量0.5ml/h，纺丝距离16cm，纺丝电压15kv。纺丝时间约2h，所得纤维由铝箔接收，硅胶干燥后得到乳液静电纺皮芯结构相变纤维。
51.图4表明：在经过15次热循环后，相变纤维的焓值从67.0j/g变成了66.8j/g，焓值损失率仅为0.3％，由此充分证明了制备的皮芯结构相变纤维具有良好的防渗漏性能。
52.实施例4
53.(1)将10wt％(相对于pva+h2o，下同)的pva1788溶于超纯水中，90℃水浴加热下以500r/min的速率磁力搅拌3h，得到pva水溶液。
54.(2)将1wt％的十二烷基苯磺酸钠sdbs溶于10g超纯水后，加入10wt％十二醇dd，80℃水浴加热条件下，以1000r/min的速率磁力搅拌40min，得到纺丝乳液前驱体。
55.(3)将步骤(1)中聚乙烯醇水溶液与步骤(2)中所述纺丝乳液前驱体趁热混合，二者质量比为200:133，然后在80℃水浴加热条件下，以1000r/min的速率磁力搅拌1h，得到纺丝乳液。
56.(4)将纺丝乳液进行静电纺丝，纺丝温度28℃，相对湿度40％，纺丝针头型号为18号(内径为0.86mm，外径为1.26mm)，纺丝液挤出量0.5ml/h，纺丝距离16cm，纺丝电压15kv。纺丝时间约2h，所得纤维由铝箔接收，硅胶干燥后得到乳液静电纺皮芯结构相变纤维。
57.图5表明：在经过15次热循环后，相变纤维的焓值从71.5j/g变成了71.2j/g，焓值损失率仅为0.42％，由此充分证明了制备的皮芯结构相变纤维具有良好的防渗漏性能。
58.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识得到上述的描述不应该被认为是对本发明的限制。