一种固-固相变纤维的制备方法和应用

本申请涉及一种固-固相变纤维的制备方法和应用，属于热化学。

背景技术：

1、随着全球能源的紧张与短缺，节能技术日趋为人们所重视。各种制冷、制热空调设备在使用中往往消耗大量的燃料或电力。为减少这种不必要的浪费并且提高人们生活环境的舒适性，目前各种储能控温技术引起了人们的关注。人们的穿着和居住环境离不开各种纺织制品，在纤维和纺织品中采用相变材料不仅能为人们提供舒适的生活环境而且可以节省大量能源。同时储能控温纤维和纺织品在航天、军事、工农业、科学实验等方面也具有十分重要的意义。

2、有机相变材料(pcm)及其复合材料已被深入研究用于蓄热和热管理，具有相对恒定的相变温度、出色的热稳定性、出色的生物相容性和出色的热循环能力。然而,固-液pcm在固-液相变过程中存在渗漏问题,在固态下具有极强的刚性。为实现这一目标,有必要开发形状稳定性和柔性相变复合材料。此外，考虑到人体的舒适度，如透气性，基于纤维的pcm是最佳解决方案。开发了pcm封装的聚合物纤维(如outlast纤维)、石墨烯基相变纤维或通过利用可纺性和良好的机械性能来制备纳米纤维。例如，夏等人,制备了以tio2-聚乙烯吡咯烷酮聚合物复合材料为壳，以pcm为芯的核壳聚合物基相变纤维，通过同轴静电纺丝制成，通过吸收/释放热能来响应和缓冲环境温度变化，为人类提供舒适的微气候。人体或外壳精密仪器。但光纤本身150nm的直径极大地限制了其实际应用的裁剪能力。后来，张等人通过湿纺和真空浸渍制备石墨烯纤维基固液相变复合材料。然而，固-液相变材料固有的刚性和石墨烯的颜色单一性是极难解决的问题，限制了它的进一步发展。

技术实现思路

1、

2、为了解决上述问题，本申请开发了一种通用聚合策略，通过聚环氧乙烷，α-环糊精、纤维素氢键交联合成纺丝前驱液，通过湿法纺丝制备具有显着自支撑、超柔韧、优异导电性和形状稳定性能的相变纤维。所得的柔性pcm纤维表现出相对较高的潜热(65-95j g-1)，以及显着的形状可定制性、可折叠性、可编织性和导电性。此外，我们在制备的纤维凭借其40-50度范围内的放热平台，在人体热疗领域具有重要应用。

3、根据本申请的一个方面，提供了一种固-固相变纤维的制备方法，包括以下步骤：

4、a)将含有聚环氧乙烷、α-环糊精、纤维素和石墨烯纳米片的相变原料，搅拌，得到纺丝原液，静置；

5、b)将静置后的纺丝原液依次经过纺丝、凝固浴，得到相变纤维；

6、c)将所述相变纤维经洗涤，干燥，得到固-固相变纤维。

7、本申请通过氢键交联、湿法纺丝等构筑有机类固-固相变纤维的制备方法。以聚环氧乙烷、α-环糊精和纤维素为原料，经过混合处理，制备纺丝前驱液；经湿法纺丝的方式制备相变纤维，最后经过多次洗涤得到最终的相变纤维。

8、可选地，所述聚环氧乙烷的分子量为90万～700万。

9、可选地，所述纤维素选自羟乙基纤维素和/或羧甲基纤维素。

10、可选地，所述石墨烯纳米片的片径为0.5～5μm。

11、可选地，所述相变原料中，聚环氧乙烷、α-环糊精、纤维素和石墨烯纳米片的质量比为0.1：0.2～0.8：0.1～0.4：0.5～1。

12、可选地，所述搅拌的温度为25～95℃，所述搅拌的时间为12～24h。

13、可选地，所述搅拌的温度为25℃、35℃、45℃、75℃、95℃中的任意值或两值之间的范围值。

14、可选地，所述搅拌的时间为12h、16h、18h、20h、24h中的任意值或两值之间的范围值。

15、可选地，所述纺丝的温度为0～95℃。

16、可选地，所述纺丝的温度为0℃、25℃、50℃、75℃、95℃中的任意

17、值或两值之间的范围值。

18、可选地，所述凝固浴为含氯化钙的乙醇溶液，所述氯化钙与乙醇的质量浓度比为1:1～5。

19、可选地，所述氯化钙与乙醇的质量浓度比为1:1、1:3、1:5中的任意值或两值之间的发位置。

20、可选地，所述凝固浴的温度为0～95℃。

21、可选地，所述凝固浴的温度为0℃、25℃、50℃、75℃、95℃中的任意值或两值之间的范围值。

22、可选地，所述静置的温度为2～7℃，所述静置的时间为3～7天。

23、可选地，所述洗涤的洗涤液为含丙酮和乙醇的混合液。

24、可选地，所述干燥的温度为25～90℃，所述干燥的时间为2～48h。

25、根据本申请的再一个方面，提供了一种上述制备方法得到的固-固相变纤维，所述固-固相变纤维的焓值为65～95j g-1。

26、可选地，所述断裂拉伸强度为30～50mpa。

27、根据本申请的又一个方面，提供了一种上述制备方法得到的固-固相变纤维在储热调温相变纤维中的应用。

28、本申请能产生的有益效果包括：

29、本申请的工艺条件低，所制备的相变纤维为线状，具有无泄漏、储热密度高、循环寿命长、无毒、柔性好、拉伸强度高、颜色多样性等特点，且可以调节直径大小，十分适合用于人体衣物热管理。

技术特征：

1.一种固-固相变纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚环氧乙烷的分子量为90万～700万；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述相变原料中，聚环氧乙烷、α-环糊精、纤维素和石墨烯纳米片的质量比为1：0.2～0.8：0.1～0.4：0.5～1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的温度为25～95℃，所述搅拌的时间为12～24h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝的温度为0～95℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凝固浴为含氯化钙的乙醇溶液，所述氯化钙与乙醇的质量浓度比为1:1～5；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静置的温度为2～7℃，所述静置的时间为3～7天。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤的洗涤液为含丙酮和乙醇的混合液；

9.一种根据权利要求1至8任意一项所述的制备方法得到的固-固相变纤维，其特征在于，所述固-固相变纤维的焓值为65～95j g-1；

10.一种根据权利要求9所述的固-固相变纤维在储热调温相变纤维中的应用。

技术总结本申请公开了一种固‑固相变纤维的制备方法和应用。所述固‑固相变纤维的制备方法以聚环氧乙烷α‑环糊精和纤维素为原料，经过氢键交联；然后加入高导电的石墨烯纳米片制备均匀的纺丝原液；经湿法纺丝的方式制备相变纤维。在氢键交联过程中，可以加入不同的含量的α‑环糊精，可得到具有不同强度的相变无纤维。同时，在人体热疗方面展示了良好的效果。技术研发人员：吴忠帅,史全,刘汉卿,周锋受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13