專利名稱：一種利用腈綸廢絲制備相變纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能性纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用聚丙烯腈廢絲制備相變纖維 的方法。
背景技術(shù)：
相變纖維是利用物質(zhì)相變過程中釋放或吸收潛熱、溫度保持不變的特性開發(fā)出來 的一種蓄熱調(diào)溫功能纖維。隨著社會的快速發(fā)展，對能源需求的日益加強(qiáng)，不可再生資源的 逐漸枯竭，相變纖維的研究利用正引起并受到研究界越來越多的關(guān)注。國外于20世紀(jì)80 年代開始研究工作，國內(nèi)在90年代開始起步，相變纖維的制備方法主要有浸漬法、復(fù)合紡 絲法、微膠囊法和織物涂層后整理法等。這些年出現(xiàn)在歐美市場上的Outlast纖維即采用 微膠囊法制備的儲能纖維。本發(fā)明制備的相變纖維是將聚丙烯腈廢絲、脂肪酸在溶劑中通過攪拌獲得均勻的 紡絲液，采用常規(guī)濕法紡絲制取，聚丙烯腈大分子與脂肪酸分子通過分子間作用力凝聚在 一起，即使外界溫度達(dá)到120°C，相變材料也不會滲出。這種相變纖維相變過程形態(tài)穩(wěn)定，熱 儲能性及耐久性優(yōu)良，是極具市場發(fā)展前景的相變纖維，可以在紡織服裝、建筑節(jié)能材料及 某些特殊領(lǐng)域如軍工、航空航天等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用聚丙烯腈廢絲制備相變纖維的方 法，目的有兩個方面一是提供一種低成本的聚丙烯腈廢絲回收利用技術(shù)；二是提供一種 新型的相變纖維。本發(fā)明所提供的相變纖維除具備普通相變纖維的特點外，還具有較高的 焓值、較好的保溫性能。因此它可以作為一種新的纖維材料廣泛的應(yīng)用在紡織及建筑保溫 領(lǐng)域。本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)第一步、將聚丙烯腈廢絲、脂肪酸與N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)按一定質(zhì)量比加入 到反應(yīng)器中，在60 90°C下攪拌后獲得均勻的乳白色紡絲溶液。其中聚丙烯腈廢絲、脂肪酸與N，N-二甲基甲酰胺的質(zhì)量比為1 0.1 0. 45 3 5;選用的脂肪酸為硬脂酸或硬脂酸與月桂酸的復(fù)合物，復(fù)合物中硬脂酸與月桂 酸的質(zhì)量比為1 2 5;所得的紡絲溶液中聚丙烯腈廢絲的質(zhì)量百分濃度為20% 30%。第二步、將第一步所得的紡絲溶液采用濕法紡絲制取相變纖維。其中凝固浴為N， N-二甲基甲酰胺(DMF)與聚乙烯醇(PVA1799)的混合水溶液，其中聚乙烯醇在溶液中的質(zhì) 量百分濃度為1% 3%，N，N- 二甲基甲酰胺在溶液中的質(zhì)量濃度為34% 45% ；凝固浴 的溫度為20 25°C;初生纖維在90 95°C水浴中熱拉伸，100 110°C熱空氣中迅速干燥 熱定型。與其它已公開的定形相變儲能材料及制備方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明所提供的相變纖維支撐材料選擇聚丙烯腈廢絲，不僅解決了聚丙烯腈廢絲回收利用難題，實現(xiàn)了資源回收再利用，降低了環(huán)境污染，而且聚丙烯腈廢絲直接通過溶 劑溶解利用，比通過水解回收利用降低了很大的成本。2、本發(fā)明所提供的相變纖維的相變焓較高，達(dá)到48. 84J/g。3、本發(fā)明所制備的相變纖維具有很好的形態(tài)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，即使溫度達(dá)到 120°C仍能保持固-固形態(tài)。其原因是聚丙烯腈廢絲和脂肪酸在共混過程中，高分子大分子 鏈之間產(chǎn)生了一定的物理作用存在，如烴鏈間僅存在相當(dāng)弱的范德華作用力，極性基團(tuán)之 間存在較強(qiáng)的氫鍵等。當(dāng)溫度超過脂肪酸的熔點后，由于脂肪酸受分子間作用力的束縛，也 不會滲出纖維表面。4、本發(fā)明的制備工藝簡單，所采用原料聚丙烯腈廢絲不僅價格低，而且直接通過 溶劑溶解利用，降低了很大的成本。


圖1、是本發(fā)明方法制備得到的相變纖維的表面照片。圖2、是本發(fā)明方法制備得到的相變纖維的DSC曲線。圖3、是本發(fā)明方法制備得到的相變纖維的DSC熱循環(huán)曲線。圖4、是本發(fā)明方法制備得到的相變纖維的步冷曲線。圖5、是本發(fā)明方法制備得到的相變纖維的熱失重曲線。
具體實施例方式實施例1、相變纖維的制備將腈綸廢絲28g、硬脂酸12g，N, N-二甲基甲酰胺 (DMF) IOOg加入反應(yīng)器中，于90°C攪拌一段時間后，得到均勻的乳白色聚合物溶液；將IOg 聚乙烯醇加入500ml水中，95°C下完全溶解后冷卻，再將269. 29g的DMF加入PVA的水溶液 中，即為凝固浴溶液。用濕法紡絲機(jī)制備相變纖維，初生纖維在25°C凝固浴中凝固，于90°C 水浴中熱拉伸5 7倍，110°C下熱定型2h，獲得相變纖維(見圖1)。對上述相變纖維進(jìn)行差熱掃描研究(見圖2)分析，發(fā)明所制備纖維的熔融溫度 是53. 38°C，熔融焓是59. 79J/g，結(jié)晶溫度是44. 37°C，結(jié)晶焓是48. 84J/g。與文獻(xiàn)報道的 相變材料相比較，該相變材料具有較高的相變焓，且溫度達(dá)到120°C也不會發(fā)生熔體滲漏現(xiàn) 象，具有明顯的固-固相變特征。DSC熱循環(huán)結(jié)果(見圖3)顯示，發(fā)明所制備相變纖維在熱 循環(huán)過程中除第一次焓值不同外，其他各次的DSC曲線基本重合。這是與相變纖維存在熱 歷史有關(guān)，消除熱歷史后，焓值基本穩(wěn)定。多次熱循環(huán)結(jié)果說明相變纖維具有較好的熱穩(wěn)定 性，可以在環(huán)境中循環(huán)使用。通過步冷曲線(見圖4)研究，純SA在53. 8°C出現(xiàn)明顯的平臺區(qū)，說明其具有很好 的保溫性，且沒有過冷現(xiàn)象，保溫時間可以達(dá)到Ilmin ；純PAN沒有平臺區(qū)出現(xiàn)，說明其保溫 效果較差。PAN/SA相變纖維在47°C出現(xiàn)相變，其步冷曲線斜率減小，說明其有一定的保溫 性。通過熱失重(見圖5)研究，表明相變纖維分三段降解。在160°C以下，相變纖維的 性質(zhì)穩(wěn)定，當(dāng)溫度達(dá)到約160°C，纖維體系中的PAN組分開始降解，并在275°C達(dá)到降解的最 大值；當(dāng)溫度達(dá)到300°C時，材料體系中的硬脂酸組分發(fā)生降解，并在327°C達(dá)到最大值；當(dāng) 溫度達(dá)到500°C時，材料體系降解完成。
實施例2、相變纖維的制備將腈綸廢絲24g、硬脂酸2g，月桂酸4g，N，N- 二甲基甲 酰胺(DMF) 70g加入反應(yīng)器中，于90°C攪拌一段時間后，得到均勻的乳白色聚合物溶液；將 25g聚乙烯醇加入500ml水中，95°C下完全溶解后冷卻，再將409. Ig的DMF加入PVA的水 溶液中，即為凝固浴溶液。用濕法紡絲機(jī)制備相變纖維，初生纖維在20°C凝固浴中凝固，于 95°C水浴中熱拉伸5 7倍，110°C下熱定型2h，獲得相變纖維。纖維的強(qiáng)度達(dá)到2. 742cN/
dtexo實施例3、相變纖維的制備將腈綸廢絲24g、硬脂酸lg，月桂酸5g，N，N_ 二甲基甲 酰胺(DMF) 120g加入反應(yīng)器中，于60°C攪拌一段時間后，得到均勻的乳白色聚合物溶液；將 25g聚乙烯醇加入500ml水中，95°C下完全溶解后冷卻，再將409. Ig的DMF加入PVA的水 溶液中，即為凝固浴溶液。用濕法紡絲機(jī)制備相變纖維，初生纖維在20°C凝固浴中凝固，于 95°C水浴中熱拉伸5 7倍，IOCTC下熱定型2h，獲得相變纖維。實施例4、相變纖維的制備將腈綸廢絲22. 5g、硬脂酸0. 83g，月桂酸1. 67g，N， N-二甲基甲酰胺(DMF) 75g加入反應(yīng)器中，于90°C攪拌一段時間后，得到均勻的乳白色聚合 物溶液；將IOg聚乙烯醇加入500ml水中，95°C下完全溶解后冷卻，再將269. 29g的DMF加 入PVA的水溶液中，即為凝固浴溶液。用濕法紡絲機(jī)制備相變纖維，初生纖維在20°C凝固浴 中凝固，于95°C水浴中熱拉伸5 7倍，110°C下熱定型2h，獲得相變纖維。
權(quán)利要求
一種利用聚丙烯腈廢絲制備相變纖維的方法，其特征在于具體制備步驟如下第一步、將聚丙烯腈廢絲、脂肪酸與N，N 二甲基甲酰胺按一定質(zhì)量比加入到反應(yīng)器中，在60～90℃下攪拌后獲得均勻的乳白色紡絲溶液；第二步、將第一步所得的紡絲溶液采用濕法紡絲制取相變纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲制備相變纖維的方法，其特征在于 第一步中，所述的將聚丙烯腈廢絲、脂肪酸與N，N-二甲基甲酰胺的質(zhì)量比為1 0. 1 0. 45 3 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲制備相變纖維的方法，其特征在于第 一步中，所述的脂肪酸為硬脂酸或硬脂酸與月桂酸的復(fù)合物，硬脂酸與月桂酸的質(zhì)量比為 1 2 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲制備相變纖維的方法，其特征在于第 一步所得的紡絲液中，聚丙烯腈廢絲的濃度為20% 30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲制備相變纖維的方法，其特征在于第 二步中，凝固浴為N，N-二甲基甲酰胺與聚乙烯醇的混合水溶液，其中聚乙烯醇在溶液中的 質(zhì)量百分濃度為1% 3%，N，N- 二甲基甲酰胺在溶液中的質(zhì)量百分濃度為34% 45%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲制備相變纖維的方法，其特征在于第 二步中，凝固浴溫度為20 25°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用聚丙烯腈廢絲制備相變纖維的方法，其特征在于第 二步中，初生纖維在90 95°C水浴中熱拉伸，100 110°C熱空氣中迅速干燥熱定型。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用聚丙烯腈廢絲制備相變纖維的方法，該方法將聚丙烯腈廢絲、脂肪酸加入到溶劑中，在60～90℃下充分?jǐn)嚢韬螳@得均勻的乳白色紡絲溶液；將上述紡絲溶液采用濕法紡絲制取相變纖維。本發(fā)明所制備的相變纖維具有熱焓值高、熱穩(wěn)定性好、制備方法簡單、成本低，溶劑可以回收循環(huán)利用等優(yōu)點，即實現(xiàn)了廢絲回收利用，減少了環(huán)境污染。也為社會提供了一種新型節(jié)能纖維，是一項成本低、效益高、資源充足的新興項目，具有廣闊的發(fā)展前景。
文檔編號D01F6/54GK101979728SQ201010544420
公開日2011年2月23日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者相恒學(xué), 郭靜 申請人:大連工業(yè)大學(xué)