相變儲(chǔ)能材料與紡織基材結(jié)合的加工工藝

王巧玲

相變儲(chǔ)能材料與紡織基材結(jié)合的加工工藝

王巧玲

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心廣東廣州510700)

儲(chǔ)能調(diào)溫紡織品在服裝行業(yè)、紡織品、醫(yī)療、建筑行業(yè)等領(lǐng)域有非常巨大的應(yīng)用前景。文章針對(duì)相變儲(chǔ)能材料與紡織基材相結(jié)合，分析了紡絲和紡絲基材，從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、技術(shù)發(fā)展路線、技術(shù)功效等方面進(jìn)行探究。

相變儲(chǔ)能材料；紡絲；紡織基材；制備；應(yīng)用；分析

1 相變儲(chǔ)能材料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用

通過(guò)相變儲(chǔ)能材料在紡織領(lǐng)域的專利分析，由于相變儲(chǔ)能材料的要求較低，進(jìn)入門(mén)檻較低，且工藝簡(jiǎn)單，浸漬法制備通過(guò)相變儲(chǔ)能材料最早出現(xiàn)。但可能由于其牢度原因，在涂層出現(xiàn)后，涂層的后整理方式、交聯(lián)、粘結(jié)等新工藝逐漸受到關(guān)注。

圖1 相變儲(chǔ)能材料在紡織領(lǐng)域以后整理形式應(yīng)用的技術(shù)分支構(gòu)成情況分析

2 相變儲(chǔ)能材料加工工藝

2.1 熔融紡絲

將相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用到熔融紡絲中，出現(xiàn)在1990年由松下電工有限公司提出的專利申請(qǐng)[1]中，其將70 份石蠟和30 份高密度聚乙烯混合后熔融紡絲制造具有溫度調(diào)節(jié)功能纖維，然后為了防止石蠟在使用過(guò)程中從纖維表面逃逸，在纖維表面涂敷環(huán)氧樹(shù)脂；隨后代頓大學(xué)的專利[2]中也將相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于聚烯烴熔融紡絲中。1990～1998年，雖然將相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用于熔融紡絲中，制得了調(diào)溫纖維，但這些纖維的紡絲性能和服用性能不能令人滿意，工藝也復(fù)雜。

在1999～2007年期間，針對(duì)紡絲加工性能，涌現(xiàn)大量專利申請(qǐng)。2000年，為了避免相變儲(chǔ)能材料在熔融紡絲的高溫條件下受損，天津工業(yè)大學(xué)的專利[3]中，將相變儲(chǔ)能材料制備成微膠囊，應(yīng)用于聚酯纖維的熔融紡絲中，制得自動(dòng)調(diào)溫纖維，減少相變儲(chǔ)能材料泄露，并提高分散性和加工穩(wěn)定性。2006年，天津工業(yè)大學(xué)在專利[4]中，在相變儲(chǔ)能材料微膠囊懸浮液中引發(fā)丙烯腈制備紡絲液，以熔融紡絲法制備聚丙烯腈纖維；同年，部分申請(qǐng)人在熔融紡絲中采用特殊結(jié)構(gòu)的相變儲(chǔ)能材料，例如財(cái)團(tuán)法人紡織產(chǎn)業(yè)綜合研究所在專利[5]中，采用熱穩(wěn)定性好的聚醚脂肪酸酯類相變儲(chǔ)能材料，避免在熔融紡絲的高溫條件下原料受損以及提高相容性。

在2008年至今，從相變儲(chǔ)能材料本身結(jié)構(gòu)、助劑協(xié)同使用、紡絲工藝的角度出發(fā)進(jìn)行改進(jìn)，以便提高熔融紡絲性能。（1）相變儲(chǔ)能材料本身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)：大連工業(yè)大學(xué)在專利[6]中，采用互穿網(wǎng)絡(luò)定形相變儲(chǔ)能材料；天津工業(yè)大學(xué)在專利[7]中，采用丙烯腈基共聚物型固-固相變儲(chǔ)能材料；太原理工大學(xué)在專利[8]中采用聚乙二醇基聚氨酯作為相變儲(chǔ)能材料，熔融紡絲制得聚丙烯纖維；在專利中[9]，北京宇田相變儲(chǔ)能科技有限公司對(duì)相變微膠囊表面進(jìn)行疏水改性，改善其與聚合物基材表面相容性，該申請(qǐng)人在專利中[10]，則利用相變儲(chǔ)能材料的相變性能制備光澤可逆轉(zhuǎn)換纖維。（2）助劑協(xié)同使用：杭州鑫福紡織有限公司在專利，東華大學(xué)在專利中，均是采用無(wú)機(jī)粉體與相變儲(chǔ)能材料一起使用，利用無(wú)機(jī)粉體吸附封裝相變儲(chǔ)能材料；且東華大學(xué)的專利中，進(jìn)一步添加了其他類型的功能助劑，例如蓄光型發(fā)光顏料、遠(yuǎn)紅外功能粉體，進(jìn)一步賦予纖維多功能性；東華大學(xué)在專利中，將硫化銅作為相變儲(chǔ)能材料聚乙二醇的能量轉(zhuǎn)化促進(jìn)劑，促進(jìn)相變儲(chǔ)能材料快速響應(yīng)儲(chǔ)能調(diào)溫。（3）紡絲工藝的改進(jìn)：在專利中，大連工業(yè)大學(xué)將螺桿擠出時(shí)將相變單體接枝在成纖聚合物上。

總的來(lái)說(shuō)，熔融紡絲是從最初將相變儲(chǔ)能材料與聚烯烴共混紡絲開(kāi)始的，隨后開(kāi)發(fā)了相變微膠囊、聚合物型熱穩(wěn)定好的相變儲(chǔ)能材料，提高熔融紡絲的紡絲穩(wěn)定性，到2008年以后，主要從相變儲(chǔ)能材料本身結(jié)構(gòu)和助劑協(xié)同使用方向進(jìn)行改進(jìn)，從紡絲工藝的角度出發(fā)進(jìn)行改進(jìn)的較少，同時(shí)在保證可紡性的情況下，與其他功能助劑協(xié)同作用，賦予纖維多功能性，也成為熔融紡絲的發(fā)展趨勢(shì)（圖2）。

圖2 相變儲(chǔ)能材料在紡織領(lǐng)域應(yīng)用的紡織基材的技術(shù)路線分析

2.2 濕法紡絲

濕法紡絲制備相變儲(chǔ)能材料，是因?yàn)槿廴诩徑z對(duì)相變儲(chǔ)能材料熱穩(wěn)定性要求高，且部分成纖聚合物無(wú)法采用熔融紡絲成纖。濕法紡絲在1999～2007年這個(gè)階段開(kāi)始發(fā)展的，苗曉光等將相變微膠囊用于濕法紡絲制備蛋白調(diào)溫纖維，而2016年專利中進(jìn)行了改進(jìn)，是將相變微膠囊預(yù)聚物溶液與蛋白水凝膠混合，再與腈綸的硫氰酸鈉水溶液混合，濕紡成纖制得具有相變調(diào)溫功能的蛋白改性腈綸纖維；四川大學(xué)在專利中，則將相變物質(zhì)、成囊單體及引發(fā)劑混合成均相溶液，并以小液滴形式分散在聚合物紡絲原液中，經(jīng)濕法紡絲得到的初生纖維經(jīng)過(guò)物理化學(xué)處理使成囊單體在纖維基體內(nèi)原位聚合對(duì)相變儲(chǔ)能材料包裹形成微膠囊，再經(jīng)后處理得到相變儲(chǔ)能纖維。在2008年以后，采用不同類型的相變儲(chǔ)能材料與纖維素進(jìn)行濕法紡絲，制備調(diào)溫粘膠纖維，例如吳江征明紡織有限公司在專利中，采用聚脲-蜜胺樹(shù)脂壁材的十六烷相變微膠囊與粘膠溶液直接混合紡絲，龍達(dá)（江西）差別化化學(xué)纖維有限公司在專利[19 ]中，將相變微膠囊進(jìn)行研磨和二次微孔過(guò)濾，紡前加入相變膠囊材料與粘膠溶液混勻，提高濕紡紡絲性能；此外，還有將相變微膠囊用于聚丙烯腈、海藻酸鈉、殼聚糖的濕紡紡絲中?？梢?jiàn)，濕法紡絲的未來(lái)發(fā)展主要是利用纖維素、殼聚糖、蛋白質(zhì)等親水、吸濕、親膚的材料中，在確保調(diào)溫功能的情況下實(shí)現(xiàn)纖維服用性好的性能。

3 小結(jié)

相變儲(chǔ)能材料與紡織基材結(jié)合主要分為紡絲和后整理，應(yīng)用的研究中以紡絲方法為主要研究對(duì)象，其中熔融紡絲出現(xiàn)的最早，隨后濕法紡絲發(fā)展較快。相變儲(chǔ)能材料在紡織領(lǐng)域中以后整理形式應(yīng)用的研究中以涂層方式為主。

熔融紡絲是從最初將相變儲(chǔ)能材料與聚烯烴共混紡絲開(kāi)始的，隨后開(kāi)發(fā)了相變微膠囊、聚合物型熱穩(wěn)定好的相變儲(chǔ)能材料，提高熔融紡絲的紡絲穩(wěn)定性，到2008年以后，主要從相變儲(chǔ)能材料本身結(jié)構(gòu)和助劑協(xié)同使用方向進(jìn)行改進(jìn)，從紡絲工藝的角度出發(fā)進(jìn)行改進(jìn)的較少。

濕法紡絲主要是將相變微膠囊與聚合物混合進(jìn)行的濕法方法；隨著科技發(fā)展，濕法紡絲開(kāi)始利用纖維素、殼聚糖、蛋白質(zhì)等親水、吸濕、親膚的材料中，在確保調(diào)溫功能的情況下實(shí)現(xiàn)纖維服用性好的性能。

紡織基材主要有聚酯、尼龍、腈綸、粘膠，近期開(kāi)發(fā)應(yīng)用到蠶絲、羊毛上。紡織領(lǐng)域的相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用方面的研究重要集中在國(guó)內(nèi)，并且以國(guó)內(nèi)高校為主。東華大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)和奧特拉斯技術(shù)有限公司是最重要的三個(gè)專利申請(qǐng)人。東華大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)和奧特拉斯技術(shù)有限公司都側(cè)重于不同PCM相變纖維紡絲方法的研究，其中東華大學(xué)和奧特拉斯技術(shù)有限公司側(cè)重的復(fù)合紡絲方法的研究，天津工業(yè)大學(xué)側(cè)重的是熔融紡絲方法研究。

相變儲(chǔ)能材料在紡織領(lǐng)域應(yīng)用的效果研究分為：調(diào)溫性、賦予多功能、儲(chǔ)能導(dǎo)熱性，其中以調(diào)溫功能為最。相變儲(chǔ)能材料調(diào)溫中起初以具有多個(gè)含有相變微膠囊材料的基材形式的隔熱層形成絕緣墊，隨后發(fā)展為將相變微膠囊添加到聚合物中通過(guò)紡絲形成相變纖維，在后也出現(xiàn)各種如高分子型固-固相變儲(chǔ)能材料、海島型相變儲(chǔ)能材料以及串珠結(jié)構(gòu)的相變儲(chǔ)能材料等。

相變儲(chǔ)能材料的多功能性以相變儲(chǔ)能材料與其他功能助劑的混合、相變儲(chǔ)能材料共聚或接枝改性為主要研究方向。

[1] M. KATSUHIKO, K. KENJI, U. MASASHI, S. MIKIO, S. HIDETO. Thermalstoragefiber:Japan, JP28991690[P].1992-06-08.

[2] S. IVALO. Thermoplastic, moldable, non-exudingphasechangematerials:USA, US5565132A[P].1995-06-06.

[3]張興祥,牛建津,王學(xué)晨,印瑞斌,張華.自動(dòng)調(diào)溫纖維及其制品:中國(guó), CN00105837[P].2001-10-17.

[4]張興祥,韓娜,王學(xué)晨,牛建津,張華,李軍.一種聚丙烯腈調(diào)溫纖維及其制造方法:中國(guó), CN200610013870[P].2006-10-25.

[5] Y.H.LIN, C.C.LIN, J.M.LIN. Melted-spinninggrainscontainingthermal-stablephase-changepolymerandpreparationmethodthereof:Taiwan, TW95114169[P].2006-04-20.

[6]張鴻,王曉磊,楊淑瑞,劉輝,孫狄克.一種智能調(diào)溫纖維及其制備方法:中國(guó),CN201110286863[P].2012-05-09.

[7]韓娜,張興祥,張智力,王棟,王樂(lè)軍,于萬(wàn)永.丙烯腈基共聚物固-固相變材料第二單體及其制備方法和用途:中國(guó), CN201410219888[P].2014-08-13.

[8]狄友波,趙舟.一種可織造的相變儲(chǔ)能丙綸:中國(guó), CN201510384072[P].2015-09-09.

[9]杜兔平,鄒翠玲,喬磊,王菲.一種智能調(diào)溫母粒及其制備方法:中國(guó), CN201510611679[P].2015-12-02.

[10]沈軻,喬磊,馮歡,杜兔平.一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維及其制備方法:中國(guó), CN201610499773[P].2016.08.31.

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.05.53

TS102.5

C

2095-1205(2019)05-91-03