一种相变纤维及其制备方法和纤维织物

    专利查询2025-06-05  74


    本发明涉及电子材料,尤其涉及一种相变纤维及其制备方法和纤维织物。


    背景技术:

    1、辐射制冷作为一种清洁、低碳和环保的被动制冷技术,无需额外输入能量即可自发散热降温,可以缓解全球变暖等问题。大气层外的宇宙空间温度(3k)接近绝对零度,表明外太空蕴藏着大量可再生的热动力资源,是地球理想的辐射冷源。在8-13μm的波长范围内,大气具有高中红外透过率,因此地球上的物体可以通过电磁辐射的形式向外太空辐射热量。而理想的辐射制冷材料需要在大气窗口(8-13μm)具有高红外辐射发射率,同时在太阳光谱的0.3-2.5μm波长范围内具有高太阳辐射反射率。辐射制冷作为一种零能耗、零污染的新型制冷技术,在节能建筑、粮食仓储、汽车、智能穿戴和电子设备等领域发挥着重要作用。辐射制冷织物可以应用于户外帐篷、防晒服装、汽车车衣和共享单车座套等产品,为个人热管理提供了一种新的技术路径。

    2、然而,现有的公开报道将辐射制冷用于织物的例子仍有限,已有的研究主要关注于在织物表面引入具有中红外高辐射率的粒子,提高织物的辐射特性。中国发明专利cn110042564a公开了一种辐射制冷纤维膜,通过静电纺丝的方法制备聚合物纤维,同时掺杂具有高发射率的二氧化硅微球达到辐射制冷的目的,该方法制备的纤维具有高透气性,最高可降温2-7℃,但其在可见光范围内的反射率较低,日间辐射效果较差,同样需要高成本的银层来实现日间辐射制冷。选用的二氧化钛、二氧化硅等无机功能粒子在可见光-近红外光谱区的选择性太阳反射性能不强,在光照条件下难以获得较为理想的降温效果。此外,纳米技术应用的纳米材料安全性尚未预先调查,纳米材料由于体积小,易进入人体皮肤,可能对人体细胞产生不利影响。已经证明长期、无保护地接触纳米颗粒会导致肺损伤。因此,需要寻找更合适、更安全的材料。

    3、另外,辐射制冷材料虽然具有一定的降温效果,但未考虑实际环境对辐射制冷材料降温效果的影响。辐射制冷材料暴露在户外环境中时,其表面不可避免地与雨水和灰尘等接触,会导致太阳能吸收增加和冷却效率降低。为了人体的穿戴舒适,超疏水自清洁表面的设计成为重要的策略。再者,在炎热的夏天热气流所产生的对流换热导致辐射制冷材料的温度迅速升高;在多云的阴天大气窗口的透过率减弱,辐射制冷材料向外太空辐射的热量减小,同时热累积效应的存在也会导致辐射制冷材料的温度逐渐升高。

    4、相变材料通过响应温度实现对热能的存储和释放,并且具有相变潜热大、无额外能耗、储能密度高、储放能恒温且可循环利用等优点,广泛应用于生物医学、冷链运输和节能建筑等领域。相变材料作用于织物的方法一般有直接涂覆法、交联沉积法、微胶囊化法和复合纺丝法等。中国发明专利cn115627643a提出了一种超疏水织物涂层及其制备方法。该专利采用喷涂的方式,将水性聚氨酯丙烯酸酯乳液(包含疏水化改性的二氧化硅/聚脲复合相变微胶囊)喷涂在织物基布表面,然后在100℃烘烤3min。然而,该方法存在使用过程中附着的相变微胶囊容易遗漏出来和迁移等问题。

    5、因此,现有技术还有待于改进和发展。


    技术实现思路

    1、鉴于上述现有技术的不足,本发明提供了一种相变纤维及其制备方法和纤维织物,以此来解决现有相变材料或相变微胶囊的附着差和纤维织物柔软性差的问题。

    2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下:

    3、本发明的第一方面,提供一种相变纤维,所述相变纤维具有以辐射增强材料和可降解聚合物作为壳材、以相变材料作为核材的核壳结构,所述辐射增强材料为聚硅氧烷或含氟聚合物。

    4、优选的,所述聚硅氧烷选自聚二甲基硅氧烷、聚环甲基硅氧烷、聚氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷中的一种或多种,所述含氟聚合物选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种或多种。

    5、优选的,所述可降解聚合物为聚乳酸、聚乙烯醇、聚己内酯、聚己二酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯、醋酸纤维素中的一种或多种。

    6、优选的,所述相变材料选自石蜡、正十八烷、正二十烷、正十七烷、聚乙二醇、十四醇、硬脂酸甲酯、棕榈酸甲酯、棕榈酸、月桂酸的一种或多种。

    7、本发明的第二方面,还提供上述相变纤维的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:

    8、将辐射增强材料和可降解聚合物溶于第一有机溶剂中,得到壳材静电纺丝溶液;

    9、将相变材料溶于第二有机溶剂中,得到核材静电纺丝溶液;

    10、将所述壳材静电纺丝溶液转移至第一注射器中,并通入同轴结构针头外轴处;将所述核材静电纺丝溶液转移至第二注射器中,并通入同轴结构针头内轴处;经静电纺丝,得到所述相变纤维。

    11、优选的,所述静电纺丝的条件为:纺丝电压的正电压为+10~+20kv,纺丝电压的负电压为-5~-2kv,滚筒转速为1000~2000rpm,静电纺丝设备的注射器出口端与接收基板之间的距离为10~20cm,环境温度为30~40℃,环境湿度为30%~45%,核材静电纺丝溶液的推送速度为0.05~0.5ml/h,壳材静电纺丝溶液的推送速度为1~3ml/h。

    12、优选的,所述壳材静电纺丝溶液中,辐射增强材料的质量浓度为5~15wt%,可降解聚合物的质量浓度为5~20wt%;

    13、所述核材静电纺丝溶液中,相变材料的质量浓度为50~100wt%。

    14、优选的,所述第一有机溶剂与所述第二有机溶剂分别独立地选自二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、二甲苯、n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的一种或两种;

    15、所述辐射增强材料为聚硅氧烷或含氟聚合物;

    16、所述聚硅氧烷选自聚二甲基硅氧烷、聚环甲基硅氧烷、聚氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷中的一种或多种,所述含氟聚合物选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种或多种;

    17、所述可降解聚合物为聚乳酸、聚乙烯醇、聚己内酯、聚己二酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯、醋酸纤维素中的一种;

    18、所述相变材料选自石蜡、正十八烷、正二十烷、正十七烷、聚乙二醇、十四醇、硬脂酸甲酯、棕榈酸甲酯、棕榈酸、月桂酸的一种或多种。

    19、本发明的第三方面,提供一种纤维织物,所述纤维织物由上述的相变纤维组成。

    20、本发明的第四方面,提供上述纤维织物在个人热管理领域中的应用。

    21、有益效果:

    22、为解决环境因素对材料降温效果的影响,一般添加更多相变微胶囊在织物上,这在一定程度上降低了相变纤维织物的柔软性,而本发明公开的一种相变纤维及其制备方法和纤维织物,将相变材料封装在具有柔韧性的聚合物(辐射增强材料和可降解聚合物)中,有利于防止相变材料的泄露和保持相变纤维织物柔软性,同时有效地解决了因环境因素导致辐射制冷材料制冷性能降低的问题。



    技术特征:

    1.一种相变纤维,其特征在于,所述相变纤维具有以辐射增强材料和可降解聚合物作为壳材、以相变材料作为核材的核壳结构,所述辐射增强材料为聚硅氧烷或含氟聚合物。

    2.根据权利要求1所述的相变纤维,其特征在于,所述聚硅氧烷选自聚二甲基硅氧烷、聚环甲基硅氧烷、聚氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷中的一种或多种,所述含氟聚合物选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种或多种。

    3.根据权利要求1所述的相变纤维,其特征在于,所述可降解聚合物为聚乳酸、聚乙烯醇、聚己内酯、聚己二酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯、醋酸纤维素中的一种或多种。

    4.根据权利要求1所述的相变纤维,其特征在于,所述相变材料选自石蜡、正十八烷、正二十烷、正十七烷、聚乙二醇、十四醇、硬脂酸甲酯、棕榈酸甲酯、棕榈酸、月桂酸的一种或多种。

    5.一种权利要求1所述的相变纤维的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:

    6.根据权利要求5所述的相变纤维的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝的条件为:纺丝电压的正电压为+10~+20kv,纺丝电压的负电压为-5~-2kv,滚筒转速为1000~2000rpm,静电纺丝设备的注射器出口端与接收基板之间的距离为10~20cm,环境温度为30~40℃,环境湿度为30%~45%,核材静电纺丝溶液的推送速度为0.05~0.5ml/h,壳材静电纺丝溶液的推送速度为1~3ml/h。

    7.根据权利要求5所述的相变纤维的制备方法,其特征在于,

    8.根据权利要求5所述的相变纤维的制备方法,其特征在于,

    9.一种纤维织物,其特征在于,所述纤维织物由权利要求1-4任一项所述的相变纤维组成。

    10.权利要求9所述的纤维织物在个人热管理领域中的应用。


    技术总结
    本发明公开了一种相变纤维及其制备方法和纤维织物,所述相变纤维具有以辐射增强材料和可降解聚合物作为壳材、以相变材料作为核材的核壳结构,所述辐射增强材料为聚硅氧烷或含氟聚合物。本发明将相变材料封装在具有柔韧性的聚合物(辐射增强材料和可降解聚合物)中,有利于防止相变材料的泄露和保持织物柔软性,同时有效地解决了环境因素导致辐射制冷材料制冷性能降低的问题。

    技术研发人员:陈大柱,吴晓鸿,黎子琦,陈南豪,张一弛,陈艳
    受保护的技术使用者:深圳大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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