一種相變調溫殼聚糖復合纖維及其制備方法
【專利摘要】本發明提供一種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，包括以下步驟：將海藻酸鈉加入去離子水溶液經溶脹溶解形成海藻酸鈉溶液，將降解的殼聚糖溶液加入海藻酸鈉溶液中，強力攪拌濃縮形成混合溶液；將混合溶液作為外相流體，將聚乙二醇水溶液作為內相流體，將外相流體和內相流體通過注射汞注射到毛細管同軸聚焦微流控裝置中，在出口處收集得到初級復合纖維；將初級復合纖維浸漬于氯化鈣水溶液處理，取出晾干，經拉伸水洗干燥得到相變調溫殼聚糖復合纖維。該方法制備的相變調溫殼聚糖復合纖維具有相變性能，還具有抗菌、高吸濕性、高透氧性等。
【專利說明】
一種相變調溫殼聚糖復合纖維及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于紡織材料技術領域，具體涉及一種相變調溫殼聚糖復合纖維及其制備 方法。
【背景技術】
[0002] 相變材料是新興的清潔可再生的潛熱儲存材料，在外界的環境發生變化時，能吸 收或者釋放出大量的熱量，達到儲存熱能和調節溫度的能力。隨著人們環保意識的不斷增 強，綠色可循環的概念已經滲透到紡織領域中，相變纖維的研究和利用也越來越受到人們 的關注。
[0003] 目前，相變材料可范圍有機、無機和復合相變材料，其中無機相變材料具有焓值 高，導熱系數大的優點，有機相變材料具有熔融焓大，不析出，形變劑過冷度小的優點，復合 材料兼具兩者的優點克服了單一材料的缺點，更具有應用性能。變相儲能纖維的制備技術 也有多種，如復合紡絲法和中空填充法和涂層法，復合紡絲法是利用干法紡絲、濕法紡絲、 熔體紡絲或者靜電紡絲的技術將相變材料或者微膠囊加入紡絲的基體中形成相變纖維纖 維，中空填充法是將相變材料注入到中空纖維中達到纖維相變的目的，涂層法是利用粘膠 劑將相變材料粘結在纖維或織物上從而獲得相變材料。由此可知，目前制備的相變纖維都 是單純的將相變材料與聚合物基底相混合形成，其結合性和均一性又都帶改善，而且單純 的混合制備的纖維，其力學性能必然受到影響。
[0004] 本發明的
【申請人】通過選用殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇作為原料制備的相變纖 維。殼聚糖是一種天然高分子多糖，是一種脫乙酰度超過55%的甲殼素，殼聚糖及其衍生物 的無毒、生物相容性好，具有良好的水溶性、吸濕保濕性和抗菌性能。海藻酸鈉容易與某些 二價陽離子形成水凝膠，形成蛋盒網絡結構具有吸水膨脹復原、高吸濕透氣的性能，并輔助 毛細管同軸聚焦微流控裝置制備殼核結構的相變纖維。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種相變調溫殼聚糖復合纖維及其制備方法，選 用殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇作為原料，并輔助毛細管同軸聚焦微流控裝置制備出殼核 結構的相變纖維，該相變纖維的焓值適中，高吸濕透氣，力學性能良好，綠色環保。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：
[0007] -種相變調溫殼聚糖復合纖維，其特征在于，所述相變調溫殼聚糖復合纖維中包 括殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇，所述相變調溫殼聚糖復合纖維為殼核結構，所述殼層由殼 聚糖和海藻酸鈉構成，所述核層有聚乙二醇構成，所述相變調溫殼聚糖復合纖維采用毛細 管同軸聚焦微流控裝置制備而成。
[0008] 本發明還提供一種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，其特征在于:包括以下 步驟：
[0009] (1)將海藻酸鈉加入去離子水溶液中，在30-35°C下以500-700rpm/min的速度充分 攪拌，經溶脹溶解形成海藻酸鈉溶液，將降解的殼聚糖溶液加入海藻酸鈉溶液中，強力攪拌 濃縮形成混合溶液；
[0010] (2)將步驟（1)制備的混合溶液作為外相流體，將聚乙二醇水溶液作為內相流體， 將外相流體和內相流體通過注射汞注射到毛細管同軸聚焦微流控裝置中，在出口處收集得 到初級復合纖維；
[0011] (3)將步驟(2)制備的初級復合纖維浸漬于氯化鈣水溶液處理，取出室溫晾干，再 經拉伸水洗干燥得到相變調溫殼聚糖復合纖維。
[0012] 作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，海藻酸鈉溶液的質量分數為5-8%，殼 聚糖溶液和海藻酸鈉溶液的體積比為1:1-3。
[0013] 作為上述技術方案的優選，所述步驟（1)中，殼聚糖溶液中殼聚糖的分子量為 5000-15000,殼聚糖溶液的質量分數為2-5%。
[0014] 作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，混合溶液的質量分數為15-25%。
[0015] 作為上述技術方案的優選，所述步驟（2)中，聚乙二醇水溶液的質量分數為15-25% 〇
[0016] 作為上述技術方案的優選，所述步驟(2)中，外相流體的流量為200-300μ1/π?η，內 相流體的流量為80-150μ1/η?η。
[0017] 作為上述技術方案的優選，所述步驟(2)中，外相流體和內相流體的溫度為40-45 Γ。
[0018]作為上述技術方案的優選，所述步驟(3)中，氯化鈣水溶液處理的時間為10_24h。
[0019] 作為上述技術方案的優選，所述步驟(3)中，相變調溫殼聚糖復合纖維中殼聚糖、 海藻酸鈉和聚乙二醇的質量比為1:0.8-1.5:0.8-1.2。
[0020] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0021] (1)本發明制備的相變調溫殼聚糖復合纖維中聚乙二醇的端羥基與殼聚糖的側羥 基劑氨基間形成強烈的氫鍵作用，聚乙二醇被固定在殼聚糖表面，殼聚糖的分子鏈具有半 剛性的特性，可以使聚乙二醇的分子鏈的平動受到限制，繼而表現出固態變相行為，使纖維 具有相變特性。
[0022 ] (2)本發明制備的相變調溫殼聚糖復合纖維中殼聚糖的氨基和海藻酸鈉的羧基之 間形成氫鍵作用，殼聚糖分子與海藻酸鈉進行連接，然后海藻酸鈉經氯化鈣處理后，海藻酸 鈉的分子進行交聯，殼聚糖分子將海藻酸鈉進行包覆，并有部分殼聚糖被海藻酸鈉包覆其 中，因此復合纖維的內部和表面會部分結晶，繼而表現出固態變相行為，使纖維具有相變特 性。
[0023] (3)本發明制備的相變調溫殼聚糖復合纖維具有優異的固態變相行為，焓值適中， 可作為蓄熱調溫材料，而且還具有抗菌、高吸濕性、高透氧性等性能，使用于紡織服裝和生 物醫療等領域。
【具體實施方式】
[0024] 下面將結合具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明 用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
[0025] 實施例1:
[0026] (1)將海藻酸鈉加入去離子水溶液中，在30 °C下以500rpm/min的速度充分攪拌，經 溶脹溶解形成質量分數為5 %的海藻酸鈉溶液，將質量分數為2 %的降解的殼聚糖溶液以1: 1的體積比加入海藻酸鈉溶液中，強力攪拌濃縮形成混合溶液，其中殼聚糖溶液中殼聚糖的 分子量為5000。
[0027] (2)將步驟（1)制備的質量分數為15%的混合溶液作為外相流體，將質量分數為 15 %的聚乙二醇水溶液作為內相流體，將40 °C的外相流體和內相流體分別以200μ1/π?η和 80μ1/π?η的流速通過注射汞注射到毛細管同軸聚焦微流控裝置中，在出口處收集得到初級 復合纖維。
[0028] (3)將步驟(2)制備的初級復合纖維浸漬于質量分數為0.5%的氯化鈣水溶液處理 l〇h，取出室溫晾干，再經拉伸水洗干燥得到相變調溫殼聚糖復合纖維，其中相變調溫殼聚 糖復合纖維中殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇的質量比為1: 〇. 8:0.8。
[0029] 實施例2:
[0030] (1)將海藻酸鈉加入去離子水溶液中，在35°C下以700rpm/min的速度充分攪拌，經 溶脹溶解形成質量分數為8 %的海藻酸鈉溶液，將質量分數為5 %的降解的殼聚糖溶液以1: 3的體積比加入海藻酸鈉溶液中，強力攪拌濃縮形成混合溶液，其中殼聚糖溶液中殼聚糖的 分子量為15000。
[0031] (2)將步驟（1)制備的質量分數為25%的混合溶液作為外相流體，將質量分數為 25 %的聚乙二醇水溶液作為內相流體，將45 °C的外相流體和內相流體分別以300μ1/π?η和 150μ1/π?η的流速通過注射汞注射到毛細管同軸聚焦微流控裝置中，在出口處收集得到初 級復合纖維。
[0032] (3)將步驟（2)制備的初級復合纖維浸漬于質量分數為3%的氯化鈣水溶液處理 24h，取出室溫晾干，再經拉伸水洗干燥得到相變調溫殼聚糖復合纖維，其中相變調溫殼聚 糖復合纖維中殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇的質量比為1:1.5:1.2。
[0033] 實施例3:
[0034] (1)將海藻酸鈉加入去離子水溶液中，在33°C下以600rpm/min的速度充分攪拌，經 溶脹溶解形成質量分數為6 %的海藻酸鈉溶液，將質量分數為3 %的降解的殼聚糖溶液以1: 2的體積比加入海藻酸鈉溶液中，強力攪拌濃縮形成混合溶液，其中殼聚糖溶液中殼聚糖的 分子量為10000。
[0035] (2)將步驟（1)制備的質量分數為18%的混合溶液作為外相流體，將質量分數為 16 %的聚乙二醇水溶液作為內相流體，將42 °C的外相流體和內相流體分別以250μ1/π?η和 100μΙ/min的流速通過注射汞注射到毛細管同軸聚焦微流控裝置中，在出口處收集得到初 級復合纖維。
[0036] (3)將步驟（2)制備的初級復合纖維浸漬于質量分數為1 %的氯化鈣水溶液處理 15h，取出室溫晾干，再經拉伸水洗干燥得到相變調溫殼聚糖復合纖維，其中相變調溫殼聚 糖復合纖維中殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇的質量比為1:1:1。
[0037] 實施例4:
[0038] (1)將海藻酸鈉加入去離子水溶液中，在35°C下以500rpm/min的速度充分攪拌，經 溶脹溶解形成質量分數為5-8%的海藻酸鈉溶液，將質量分數為5%的降解的殼聚糖溶液以 1:3的體積比加入海藻酸鈉溶液中，強力攪拌濃縮形成混合溶液，其中殼聚糖溶液中殼聚糖 的分子量為15000。
[0039] (2)將步驟（1)制備的質量分數為20%的混合溶液作為外相流體，將質量分數為 25 %的聚乙二醇水溶液作為內相流體，將445 °C的外相流體和內相流體分別以300μ1/π?η和 100μΙ/min的流速通過注射汞注射到毛細管同軸聚焦微流控裝置中，在出口處收集得到初 級復合纖維。
[0040] (3)將步驟(2)制備的初級復合纖維浸漬于質量分數為1.5%的氯化鈣水溶液處理 24h，取出室溫晾干，再經拉伸水洗干燥得到相變調溫殼聚糖復合纖維，其中相變調溫殼聚 糖復合纖維中殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇的質量比為1:1.2:1.2。
[0041 ] 實施例5:
[0042] (1)將海藻酸鈉加入去離子水溶液中，在30°C下以700rpm/min的速度充分攪拌，經 溶脹溶解形成質量分數為7 %的海藻酸鈉溶液，將質量分數為3 %的降解的殼聚糖溶液以1: 1的體積比加入海藻酸鈉溶液中，強力攪拌濃縮形成混合溶液，其中殼聚糖溶液中殼聚糖的 分子量為10000。
[0043] (2)將步驟（1)制備的質量分數為25%的混合溶液作為外相流體，將質量分數為 15 %的聚乙二醇水溶液作為內相流體，將45 °C的外相流體和內相流體分別以250μ1/π?η和 120μ1/π?η的流速通過注射汞注射到毛細管同軸聚焦微流控裝置中，在出口處收集得到初 級復合纖維。
[0044] (3)將步驟(2)制備的初級復合纖維浸漬于質量分數為0.5-3%的氯化鈣水溶液處 理15h，取出室溫晾干，再經拉伸水洗干燥得到相變調溫殼聚糖復合纖維，其中相變調溫殼 聚糖復合纖維中殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇的質量比為1:0.8:1.2。
[0045] 實施例6:
[0046] (1)將海藻酸鈉加入去離子水溶液中，在30°C下以650rpm/min的速度充分攪拌，經 溶脹溶解形成質量分數為7%的海藻酸鈉溶液，將質量分數為4%的降解的殼聚糖溶液以1: 1的體積比加入海藻酸鈉溶液中，強力攪拌濃縮形成混合溶液，其中殼聚糖溶液中殼聚糖的 分子量為8000。
[0047] (2)將步驟（1)制備的質量分數為18%的混合溶液作為外相流體，將質量分數為 21 %的聚乙二醇水溶液作為內相流體，將40 °C的外相流體和內相流體分別以200μ1/π?η和 100μΙ/min的流速通過注射汞注射到毛細管同軸聚焦微流控裝置中，在出口處收集得到初 級復合纖維。
[0048] (3)將步驟(2)制備的初級復合纖維浸漬于質量分數為2.5%的氯化鈣水溶液處理 15h，取出室溫晾干，再經拉伸水洗干燥得到相變調溫殼聚糖復合纖維，其中相變調溫殼聚 糖復合纖維中殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇的質量比為1:1.5:0.8。
[0049]經檢測，實施例1-6制備的相變調溫殼聚糖復合纖維的相變調溫范圍、焓值、力學 性能和抗菌性的結果如下所示：
[0050]
[0051] 由上表可見，本發明制備的相變調溫殼聚糖復合纖維焓值適中，力學性能良好，還 具有抗菌性。
[0052] 上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟 悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因 此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1. 一種相變調溫殼聚糖復合纖維，其特征在于:所述相變調溫殼聚糖復合纖維中包括 殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇，所述相變調溫殼聚糖復合纖維為殼核結構，所述殼層由殼聚 糖和海藻酸鈉構成，所述核層由聚乙二醇構成，所述相變調溫殼聚糖復合纖維采用毛細管 同軸聚焦微流控裝置制備而成。2. -種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，其特征在于:包括以下步驟： (1) 將海藻酸鈉加入去離子水溶液中，在30_35°C下以500-700rpm/min的速度充分攪 拌，經溶脹溶解形成海藻酸鈉溶液，將降解的殼聚糖溶液加入海藻酸鈉溶液中，強力攪拌濃 縮形成混合溶液； (2) 將步驟（1)制備的混合溶液作為外相流體，將聚乙二醇水溶液作為內相流體，將外 相流體和內相流體通過注射汞注射到毛細管同軸聚焦微流控裝置中，在出口處收集得到初 級復合纖維； (3) 將步驟(2)制備的初級復合纖維浸漬于氯化鈣水溶液處理，取出室溫晾干，再經拉 伸水洗干燥得到相變調溫殼聚糖復合纖維。3. 根據權利要求2所述的一種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，其特征在于:所述 步驟（1)中，海藻酸鈉溶液的質量分數為5-8%，殼聚糖溶液和海藻酸鈉溶液的體積比為1: 1 _3 〇4. 根據權利要求2所述的一種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，其特征在于:所述 步驟(1)中，殼聚糖溶液中殼聚糖的分子量為5000-15000,殼聚糖溶液的質量分數為2-5%。5. 根據權利要求2所述的一種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，其特征在于:所述 步驟(1)中，混合溶液的質量分數為15-25%。6. 根據權利要求2所述的一種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，其特征在于:所述 步驟(2)中，聚乙二醇水溶液的質量分數為15-25 %。7. 根據權利要求2所述的一種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，其特征在于:所述 步驟(2)中，外相流體的流量為200-300μ1/π?η，內相流體的流量為80-150μ1/π?η。8. 根據權利要求2所述的一種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，其特征在于:所述 步驟(2)中，外相流體和內相流體的溫度為40-45°C。9. 根據權利要求2所述的一種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，其特征在于:所述 步驟(3)中，氯化鈣水溶液處理的時間為10_24h。10. 根據權利要求2所述的一種相變調溫殼聚糖復合纖維的制備方法，其特征在于:所 述步驟(3)中，相變調溫殼聚糖復合纖維中殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙二醇的質量比為1:0.8-1·5:0·8-1·2〇
【文檔編號】D01F8/16GK105887241SQ201610371120
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】王文慶
【申請人】東莞市聯洲知識產權運營管理有限公司