一种溶剂法制备的相变调温纤维素纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种相变调温纤维素纤维及其制备方法，具体地说，涉及一种以纤维素浆柏和复合相变材料为原料，离子液体为溶剂制备的相变调温纤维素纤维及其方法，属于纺织技术领域。
技术背景
[0002]离子液体具有蒸汽压低、性能稳定、无挥发、溶解性良好等特点，广泛应用于有机合成、电化学、材料化学等领域，具有很好的研究和应用前景。同时纤维素作为环境友好的可再生资源备受关注。近年来，以离子液体为溶剂溶解纤维素制备纤维素纤维成为该领域研究的重点方向之一。
[0003]随着人们生活水平的提高，化学纤维行业逐渐向功能化、智能化方向发展，相变调温纤维是其中比较重要的一种。相变调温纤维是利用相变材料在相变过程中释放或吸收潜热，从而具有双向自动调温功能。欧美等国家重视其研发，国内产量较低，产品以进口为主，价格居高不下。
[0004]采用微胶囊技术、溶液纺丝工艺是制备相变调温纤维素纤维的主要方法，目前已经成功实现纤维素纤维主要是粘胶纤维的相变调温改性，如中国专利ZL200610157441.8、ZL200710014607.5、ZL200710123411.X、ZL201010164832.9、ZL 201010295055.1、ZL201210357126.5、201310420382.9、201410616024.X 等均公开了粘胶纤维调温改性的研究。但现有技术中因微胶囊合成工艺复杂，溶剂与助剂之间的反应，造成相变纤维成本高、功能性不理想，且湿法纺丝工艺的流程较长、效率低下，同时由于在粘胶纤维生产过程中，要用到氢氧化钠、二硫化碳以及硫酸等化工原料，污染严重，且纤维成型过程及后续整理过程中，相变材料流失严重，光能量吸收转化率不高等问题，所以，发明一种生产流程无污染、产物绿色环保且功能性较好的新型相变调温纤维成为我们研发中急需解决的问题。
以离子液体作为纤维素的溶剂，溶解纤维素时不需活化，且离子液体易于回收，可循环使用，同时利用该体系便于助剂等添加，且离子液体对助剂的影响较小，这为纤维素纤维的的新品种开发开辟了一条新路，同时也很好解决了利用粘胶法进行纤维素纤维改性所遇到的问题。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术的不足，提供一种溶剂法制备的相变调温纤维素纤维及其制备方法，实现以下发明目的:
(1)本发明得到的相变调温纤维素纤维对远红外光，可见光均有吸收，使得该相变调温纤维具有较好的功能性，且制备的纤维熔融焓值多5.5J/g，结晶焓值多5.3J/g，纺织加工性能好；
(2)利用多孔吸附材料对高分子相变材料进行吸附，减少了其成型过程中的流失，保证了纤维的相变调温功能，并结合具有远红外吸收功能的物质，增加了对光能量的吸收及转化效率；
(3)以离子液体作为纤维素的溶剂，采用双螺杆挤出机高温溶解制备纺丝原液，并结合单螺杆挤出机，提高了纤维素的熔融效果，同时实现了纤维素熔融、脱水、真空脱泡，相对于粘月父法缩短时间90%以上；
(4)本发明所述制备方法，生产流程短、且摒弃微胶囊复杂的合成工艺，成本显著降低，生产效率高。
[0007](5)与粘胶法工艺相比，减少了化工原料的使用，实现全程绿色无污染，降低了纤维生产过程的环境危害，以及对操作人员的危害。
[0008](6)该纤维可广泛应用服装、床上用品、医疗用品以及非织造材料领域，特别是医疗领域，因为原料、生产流程、产物绿色无污染，特别在医疗领域有广阔的发展空间。
[0009]
本发明采取的技术方案如下:
一种溶剂法制备的相变调温纤维素纤维，该纤维中包括多孔吸附材料、高分子相变材料和具有远红外吸收功能的物质。
[0010]所述多孔吸附材料、具有远红外吸收功能的物质和高分子相变材料三者的质量比为:1 ?30:1 ?50:10 ?100。
[0011]该纤维熔融焓值彡5.5J/g，结晶焓值彡5.3J/g。
[0012]所述多孔吸附材料为膨胀石墨、环糊精、沸石、分子筛、硅酸盐矿物质中的一种或者几种；所述的硅酸盐矿物质为蒙脱土、硅藻土以及高岭土土的一种或几种。
[0013]所述具有远红外吸收功能的物质是石墨烯、电气石、麦饭石、竹炭以及碳化硅中的一种或几种；所述高分子相变材料为聚乙二醇、聚乙二醇丙烯酸酯、聚环氧乙烷/硬脂酸复合物中的一种或几种。
[0014]一种溶剂法制备相变调温纤维素纤维的方法，包括复合高分子相变多孔材料的制备步骤；纺丝原液的制备步骤；纺丝步骤。
[0015]所述复合高分子相变多孔材料的制备是将多孔吸附材料、具有远红外吸收功能的物质加入到熔融完成的高分子相变材料中吸附共混完成。
[0016]所述的高分子相变材料熔融温度和共混温度为60?100° Co
[0017]所述共混吸附时间为1.0?4.0h。
[0018]所述纺丝原液的制备步骤包括共混步骤、溶胀步骤、熔脱工序。
[0019]所述共混步骤中，将制备完成的复合高分子相变多孔材料加入烷基咪唑型离子液体，阳离子为烯丙基、乙基、丁基的一种或者多种；阴离子为卤素、SCN及CH3C00中的一种或者多种，得到共混后的离子液体。
[0020]所述溶胀步骤是将共混后的离子液体与粉碎后的纤维素浆柏进行预混合溶胀，得到共混离子液体与纤维素浆柏混合料。
[0021]所述的共混离子液体与纤维素浆柏混合料中复合高分子相变多孔材料:纤维素浆柏:离子液体三者的质量比为1?6:15?30:64?84。
[0022]所述熔脱工序需要先后经过双螺杆挤出机和单螺杆挤出机。
[0023]所述双螺杆挤出机中各段的温度为80~150°C，螺杆转速为50~200转/分，真空度为-0.05—0.lOMpa，所述单螺杆挤出机中各段的温度范围为110~150°C，螺杆转速为50-120转/分，真空度为-0.05—0.lOMPa，螺杆挤出压力为0.50-1.0 MPa。
[0024]所述纺丝工序中，凝固浴为温度30?50°C的蒸馏水，或者为浓度< 20%，温度30?50 °C的所用离子液体的水溶液。
[0025]所述的多孔吸附材料、具有远红外吸收功能的物质和高分子相变材料三者的质量比为:1?30:1?50:10?100。
[0026]在生产过程中，可以根据生产的需要和对产品的要求，对纺丝原液的制备工艺、纺丝工艺和后处理工艺进行适当的调整。
[0027]本发明提供一种以离子液体为溶剂的纺丝工艺制备相变调温纤维素纤维的方法，该方法制备的相变调温纤维素纤维是基于高分子相变材料的基础上，利用多孔材料将高分子相变材料熔体吸附，并结合具有远红外吸收功能的物质，制备出复合高分子相变多孔材料，将上述制备的复合高分子相变多孔材料与离子液体共混，并将纤维素浆柏与上述共混液混合，采用螺杆挤出法得到以离子液体为溶剂的纺丝原液，利用溶剂纺丝工艺制备高焓值的储能调温纤维素纤维，具有生产流程无污染、产物绿色环保的特点。
[0028]本发明采用上述技术方案的有益效果:
(1)本发明得到的相变调温纤维素纤维对远红外光，可见光均有吸收，制备的纤维熔融焓值彡5.5J/g，结晶焓值彡5.3J/g，纺织加工性能好；
(2)利用多孔吸附材料对高分子相变材料进行吸附，减少了其成型过程中的流失，保证了纤维的相变调温功能，并结合具有远红外吸收功能的物质，增加了对光能量的吸收及转化效率；
(3)以离子液体作为纤维素的溶剂，采用双螺杆挤出机高温溶解制备纺丝原液，并结合单螺杆挤出机，提高了纤维素的熔融效果，同时实现了纤维素熔融、脱水、真空脱泡，与粘胶法相比缩短时间90% ;
(4)本发明所述制备方法，生产流程短、且摒弃微胶囊复杂的合成工艺，成本显著降低，工艺流程短、生产效率高。
[0029](5)与粘胶法工艺相比，减少了化工原料的使用，实现全程绿色无污染，降低了纤维生产过程的环境危害，以及对操作人员的危害。
[0030]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
【具体实施方式】
[0031]以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0032]实施例中的含量百分数均为质量百分数。
[0033]实施例1:
一种以离子液体为溶剂制备储能调温纤维素纤维的方法，其主要步骤包括:
(1)复合聚乙二醇多孔相变材料的制备
将聚乙二醇在60°C下熔融，熔融后向该熔体中加入硅酸盐矿物质一蒙脱土、电气石，使硅酸盐矿物质、电气石与聚乙二醇三者的质量比为1:1:10，共混吸附时间为1.0h ;
(2)纺丝原液的制备 a、共混:将上述制备的复合聚乙二醇多孔相变材料与阳离子为烯丙基、阴离子为卤素的烷基咪唑型离子液体进行共混；
b、溶胀:将共混后的离子液体与粉碎后的纤维素浆柏按比例进行预混合溶胀，其中得到的预混合物料中复合聚乙二醇多孔相变材料:纤维素浆柏:离子液体三者的质量比为1:15: 84 ；
c、熔脱:将制备的共混离子液体/纤维素浆柏混合料通过加料口加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的温度为80°C，螺杆转速为200转/分，真空度为-0.05MPa，在此过程实现了脱水、脱泡以及加热熔融；
将上述制备的纺丝原液经过单螺杆挤出机，单螺杆挤出机的温度为110°C，螺杆转速为120转/分，真空度为-0.05MPa，使纺丝原液进一步脱水、脱泡及混合熔融，单螺杆挤出压力为 0.50MPa。
[0034](3)纺丝
在单螺杆挤出压力为0.50MPa下，将纺丝原液经过计量栗、喷丝板，在温度为35°C蒸馏水凝固浴中纺丝成型，经牵伸工序、水洗和上油工序，制得具有相变调温效果的纤维素纤维。
[0035]实施例1制得的相变调温纤维素纤维纤维具有良好相变调温功能，熔融焓值
5.5J/g，结晶焓值5.3J/g，纺织加工性能好，服用性能优良。
[0036]实施例2:
一种以离子液体为溶剂制备储能调温纤维素纤维的方法，其主要步骤包括:
(1)复合聚乙二醇多孔相变材料的制备
将聚乙二醇在70°C下熔融，熔融后向该熔体中加入沸石、石墨烯，使沸石、石墨烯与聚乙二醇三者的质量比为1:2:20，共混吸附时间为2.0h ;
(2)纺丝原液的制备
a、共混:将上述制备的复合聚乙二醇多孔相变材料与阳离子为乙基、阴离子为CH3C00的烷基咪唑型离子液体进行共混；
b、溶胀:将共混后的离子液体与粉碎后的纤维素浆柏按进行预混合溶胀，其中得到的预混合物料中复合聚乙二醇多孔相变材料