[发明专利]海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及海藻酸钙纤维技术，尤其涉及一种海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维及其制备方法。

背景技术

海藻酸钙属于海洋生物质材料，具有来源绿色，加工能耗低，对环境无污染且生物可降解的特点。原料的价格低廉和来源广泛使得海藻酸盐纤维在服装、医疗、室内装饰等领域具有极大的潜力。但是海藻酸盐制备出的海藻酸盐纤维强度低，同时呈现出脆性，这大大限制了海藻酸盐纤维在实际的应用。这些不利的因素限制了海藻酸盐纤维的应用领域，使得这一廉价材料不能广泛应用于生产生活中。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有海藻酸盐纤维强度低，限制了其应用的问题，提出一种海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维，该纤维在具有良好的相变调温性能功能化的同时，最大程度保持了纤维的机械性能，具有广泛的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维，由海藻酸钠和相变材料在交联剂和引发剂存在的条件下共聚后，凝固而成，其中所述海藻酸钠与相变材料的质量比为100:15～100:30，优选的为100:30；所述交联剂与相变材料的质量比为0.5:100～2:100，优选的为1:100；所述引发剂与相变材料的质量比为0.1:100～0.8:100；优选的为0.4:100。

聚乙二醇作为有机相变材料的代表，具有相变潜热高、热稳定和相变温度可调节的突出优点，将聚乙二醇相变材料与海藻酸盐复合能提高能源的利用效率，还能缓和热能供给和需求失衡的矛盾。

本发明通过共价键交联固定聚乙二醇酯，将其转变为固-固相变材料，避免了相变材料相转变时体积和形态变化引起复合材料性能下降。同时，聚乙二醇酯共价交联网络对海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维机械性能的积极影响，使本相变储能纤维的力学性能损失远远小于其他功能化方法。经检测本发明海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维，纤维熔融焓为80.8J/g，结晶焓为68.28J/g，强度损失最低为4.59%。

进一步地，所述相变材料为带乙烯基的相变大单体。所述相变大单体是指一类具有相变功能的高分子量的单体，以强调与通常所说单体（小分子）的区别。

进一步地，所述相变材料为聚乙二醇酯或聚乙二醇单甲醚酯。

进一步地，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。

进一步地，所述引发剂为过硫酸类引发剂。

进一步地，所述引发剂为过硫酸铵。

本发明的另一个目的还提供了一种海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维的制备方法，该方法步骤简单、易行，能实现海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维的工业化连续生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维的制备方法，包括以下步骤：将海藻酸钠、相变材料、交联剂和引发剂按照重量配比溶解于水中，在45-60℃条件下进行共聚反应2.5-4h，引发聚乙二醇酯和交联剂的自由基聚合得到复合纺丝液（含有共价疏松网络的复合纺丝液），脱泡静置，将复合纺丝液挤出到凝固剂水溶液中凝固成型。

进一步地，所述共聚反应温度为55-60℃，最佳的共聚反应温度为60℃；所述共聚反应时间为2.5-3h，最佳的共聚反应温度为2.5h。

进一步地，所述凝固浴为氯化钙溶液。

进一步地，所述凝固浴为质量浓度为1-3%的氯化钙溶液，最佳的浓度为2%的氯化钙溶液。

本发明聚乙二醇酯网络的交联程度随着交联剂、引发剂浓度的变化而改变。当交联剂、引发剂浓度极低时，聚乙二醇酯网络交联点少，聚乙二醇固载效果差，未能交联的聚乙二醇酯在后续加工过程中流失，导致相变储能纤维的调温性能变差，失去功能性；当交联剂、引发剂浓度极高时，共价交联键合点增加，固载效果提高，但是随着交联程度的提高，聚乙二醇酯分子链的运动受限，相变焓降低，且网络变形能力差，导致复合纺丝液的粘度增加，使纺丝难度加大，不适于生产加工，失去利用价值。相变储能纤维中聚乙二醇酯网络的含量高，相变性能较好，但固载量有限，且成本提高；聚乙二醇酯网络的含量低，相变储能纤维的焓值低，相变性能较差，失去功能化效果。为了保证海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维的性能，其物料配比控制在本发明限定的范围内。

本发明海藻酸钙/聚乙二醇酯双网络相变储能纤维配方科学、合理，其制备方法简单、易行，与现有技术相比较具有以下优点：

（1）、本发明纤维为双网络相变调温纤维，具有良好的相变调温性能功能化，同时最大程度保持了纤维的机械性能，具有广泛的应用前景；