本發(fā)明涉及納米纖維領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)熱納米纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
：發(fā)熱納米纖維不僅具有納米纖維的防風(fēng)性、調(diào)節(jié)水蒸氣的透過性、優(yōu)化保濕隔熱性等特殊性能，而且具有自發(fā)熱的功能，由于其獨特的特性，其在化學(xué)、醫(yī)藥、民用等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前制備發(fā)熱納米纖維采用的基體材料為聚烯烴材料，因為聚烯烴材料的表面全為疏水基團，因此制備的纖維容易積聚電荷而產(chǎn)生靜電現(xiàn)象；而且表面活化能低以及材料的相容性差導(dǎo)致其染色性、黏結(jié)性、親水性、抗靜電性，以及與其它纖維材料的相容性差。目前制備發(fā)熱納米纖維采用的發(fā)熱功能材料為電氣石粉、竹碳粉與陶瓷粉母粒等，其發(fā)熱效果不佳。傳統(tǒng)制備納米纖維的方法主要采用溶液紡絲或熔融紡絲，但是制備得到的納米纖維直徑較粗，通常在3微米以上，限制了這種纖維材料在服裝等日常用品，以及在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。中國發(fā)明專利(授權(quán)公告號為CN104389043B授權(quán)公告日為2016年6月08日)公開了一種保暖發(fā)熱纖維及其加工方法與應(yīng)用，所述保暖發(fā)熱纖維以聚己內(nèi)酰胺為母粒，以電氣石粉和竹炭粉為功能性粉體，為一種內(nèi)加型發(fā)熱纖維，此發(fā)熱纖維的功能性粉末大多在纖維內(nèi)部，利用效率低下，加大了工業(yè)成本，而且以電氣石粉和竹碳粉為粉體的發(fā)熱纖維的發(fā)熱效果不佳，并且該發(fā)熱纖維絲由于自身長度大小的局限性在很多精細化的領(lǐng)域不能得到應(yīng)用。中國發(fā)明專利(申請公布號為CN102409426A申請公布日2012.04.11)公開了一種具有親水性的功能型中空聚酯發(fā)熱纖維，其制備工藝為：將聚酯、親水性聚酯、電氣石粉母粒、陶瓷粉母粒四種組份按一定比例共混熔融紡絲，經(jīng)C型或圓弧型噴絲板擠出、并經(jīng)后處理工藝，制得具有親水性的功能型聚酯中空滌綸長絲或短纖，該專利是一種多功能的聚酯纖維。但是以此種方法制得的纖維為內(nèi)加型纖維，是將功能性粉體與母粒共混熔融紡絲，因此大多功能性粉體在纖維內(nèi)部使功能性粉體利用率低，并且中空纖維存在使用壽命短、加工難度大等缺點。同樣的該中空聚酯發(fā)熱纖維以電氣石粉母粒，陶瓷粉母粒作為功能母粒，其發(fā)熱效果不佳，且該發(fā)熱纖維絲由于自身長度大小的局限性在很多精細化的領(lǐng)域不能得到應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)熱納米纖維及其制備方法，其制備方法簡單，效率高，適合批量生產(chǎn)，制備得到的發(fā)熱納米纖維的發(fā)熱效果強，抗靜電性能好，耐水洗能力強，而且納米纖維的直徑小可廣泛應(yīng)用于精細化的領(lǐng)域。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種發(fā)熱納米纖維，包括基體材料，發(fā)熱粉體，其中，基體材料為聚乙烯醇-乙烯共聚物納米纖維，發(fā)熱粉體為過渡金屬碳化物粉體，發(fā)熱粉體均勻地附著在聚乙烯醇-乙烯共聚物納米纖維的表面。進一步地，所述過渡金屬碳化物粉體為碳化鋯粉體、碳化鈷粉體、碳化鉬粉體、碳化鎢粉體、碳化鉭粉體中的至少一種；發(fā)熱粉體的重量為聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％～1％；發(fā)熱粉體的粒徑為10～500nm，發(fā)熱納米纖維直徑≤200nm。發(fā)熱粉體的重量為聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％～1％，經(jīng)過多次的試驗表明，發(fā)熱粉體的重量小于聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％，其發(fā)熱效果不佳；當(dāng)發(fā)熱粉體的重量大于聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的1％，上升的溫度不明顯，多余的發(fā)熱粉體無法附著在納米纖維的表面而脫落下來，造成發(fā)熱粉體的浪費。一種上述發(fā)熱納米纖維的制備方法，包括如下步驟：1)制備聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體：將聚乙烯醇-乙烯共聚物、水、異丙醇與發(fā)熱粉體混合均勻得到共混液體，向共混液體中緩慢加入水并攪拌，水中即析出聚合物，將聚合物濾出，干燥，粉碎，得到聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體；2)熔融紡絲：將聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體與醋酸丁酸纖維素(CAB)混合均勻，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融共混，卷繞收集成束，得到發(fā)熱纖維；3)制備發(fā)熱納米纖維：將發(fā)熱纖維浸泡在丙酮中，回流萃取，使發(fā)熱纖維中的CAB完全溶解在丙酮中后取出發(fā)熱纖維，干燥完全即得發(fā)熱納米纖維。進一步，所述發(fā)熱納米纖維的制備方法，具體包括如下步驟：1)制備聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體：1a)按重量比，取聚乙烯醇-乙烯共聚物：水：異丙醇為5：6～10：10～14混合均勻得到聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液；采用5：6～10：10～14的比例，聚乙烯醇-乙烯共聚物溶解的較好。1b)取發(fā)熱粉體，其重量為聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％～1％，按重量比，將發(fā)熱粉體：水：異丙醇為5：6～10：10～14混合均勻得到發(fā)熱粉體溶液；1c)將聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液與發(fā)熱粉體溶液混合，攪拌均勻得到共混液體，向共混液體中緩慢加入4～20℃的冷水中，攪拌，冷水中即析出聚合物，將聚合物濾出，干燥，粉碎得到聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體；聚合物在4～20℃的冷水中更容易析出。2)熔融紡絲：將聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體與CAB按重量比為1:4～6混合均勻，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融共混，卷繞收集成束，得到發(fā)熱纖維；3)制備發(fā)熱納米纖維：將發(fā)熱纖維浸泡在丙酮中，60～70℃回流萃取處理70～75小時，使發(fā)熱纖維中的CAB完全溶解在丙酮中后取出發(fā)熱纖維，干燥完全得到發(fā)熱納米纖維；將溶有CAB的丙酮經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干丙酮溶劑后回收得到CAB，干燥后回收備用。進一步地，所述步驟2)中所述雙螺桿擠出機各加溫區(qū)溫度設(shè)置分別為：一區(qū)溫度：150℃；二區(qū)：190℃；三區(qū)：195℃；四區(qū)：200℃；五區(qū)：205℃；六區(qū)：210℃；七區(qū)：215℃；機頭：220℃；停留時間2～3min，壓力為15MPa。進一步地，所述的發(fā)熱粉體為碳化鋯粉體，碳化鈷粉體、碳化鉬粉體、碳化鎢粉體、碳化鉭粉體中的至少一種；所述發(fā)熱粉體的粒徑為10～500nm。本發(fā)明的發(fā)熱納米纖維的機理為：紅外線本身是一種能量傳遞的電磁波，過渡金屬碳化物粉體可以吸收紅外線，從而達到蓄熱升溫的功能。本發(fā)明中采用的聚乙烯醇-乙烯共聚物(PVA-co-PE)購自日本可樂麗株式會社公司。本發(fā)明的有益效果在于：1，本發(fā)明選用的基體材料為聚乙烯醇-乙烯共聚物(PVA-co-PE)，PVA-co-PE共聚物中聚烯烴部分有大量的疏水基團，PVA-co-PE共聚物中聚乙烯醇部分有大量的羥基、羧基等親水基團，而傳統(tǒng)聚烯烴材料表面全為疏水基團，因此，PVA-co-PE共聚物的采用可極大地改善了傳統(tǒng)聚烯烴纖維存在的抗靜電性差、親水差的問題，制備出來的纖維有優(yōu)異的親水性、染色性，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。2，選用的發(fā)熱粉體為一種過渡金屬碳化物粉體，且粒徑為10～500nm為納米級，可以均勻地分散在PVA-co-PE納米纖維中，使發(fā)熱納米纖維的發(fā)熱均勻，提高纖維的舒適感。3，將PVA-co-PE共聚物溶于異丙醇和水的混合液中，然后將發(fā)熱粉體也均勻分散在異丙醇和水的混合液中，待PVA-co-PE共聚物完全溶解后，將分散有功能粉體的混合液緩慢加入到PVA-co-PE共聚物溶液中，這種方法可以使發(fā)熱粉體更好地分散在PVA-co-PE溶液中，并且這種混合的方式有利于發(fā)熱粉體更好地附著在PVA-co-PE納米纖維上，提高發(fā)熱納米纖維的耐水洗能力。4，采用CAB與PVA-co-PE共聚物共混擠出的方法制備納米纖維，納米纖維單絲直徑≤200nm，纖維比表面積比一般的紡絲纖維單絲的比表面積大幾十倍，可以有效地暴露出發(fā)熱功能粉體，增強發(fā)熱效果。5，將溶有CAB的丙酮經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干丙酮溶劑后回收得到CAB，可以有效的回收CAB，以備下次使用，降低成本。附圖說明圖1為發(fā)熱性能測試試驗，采用遠紅外燈照射發(fā)熱納米纖維和空白納米纖維1分鐘的發(fā)熱效果圖；圖2為發(fā)熱性能測試試驗，采用遠紅外燈照射發(fā)熱納米纖維和空白納米纖維3分鐘的發(fā)熱效果圖；圖中各部件標(biāo)號如下：空白納米纖維1；發(fā)熱納米纖維2。具體實施方式為更好地理解本發(fā)明，以下將結(jié)合附圖和具體實例對發(fā)明進行詳細的說明。實施例1發(fā)熱納米纖維的制備方法，具體包括如下步驟：1)制備聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體：1a)按重量比，取聚乙烯醇-乙烯共聚物：水：異丙醇為5：6：10混合均勻得到聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液；1b)取碳化鋯粉體，其重量為聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的1％，按重量比，將碳化鋯粉體：水：異丙醇為5：6：10混合均勻得到發(fā)熱粉體溶液；所述碳化鋯粉體的粒徑為500nm。1c)將聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液與發(fā)熱粉體溶液混合，攪拌均勻得到共混液體，向共混液體中緩慢加入20℃的冷水中，攪拌，冷水中即析出聚合物，將聚合物濾出，干燥，粉碎得到聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體；2)熔融紡絲：將聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體與CAB按重量比為1:4混合均勻，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融共混，卷繞收集成束，得到發(fā)熱纖維；3)制備發(fā)熱納米纖維：將發(fā)熱纖維浸泡在丙酮中，60℃回流萃取處理75小時，使發(fā)熱纖維中的CAB完全溶解在丙酮中后取出發(fā)熱纖維，干燥完全得到發(fā)熱納米纖維A；將溶有CAB的丙酮經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干丙酮溶劑后回收得到CAB，干燥后回收備用。實施例21)制備聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體：1a)按重量比，取聚乙烯醇-乙烯共聚物：水：異丙醇為5：10：14混合均勻得到聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液；1b)取碳化鎢粉體，其重量為聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.3％，按重量比，將碳化鎢粉體：水：異丙醇為5：10：14混合均勻得到發(fā)熱粉體溶液；所述碳化鎢粉體的粒徑為10nm。1c)將聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液與發(fā)熱粉體溶液混合，攪拌均勻得到共混液體，向共混液體緩慢加入4℃的冷水中，攪拌，冷水中即析出聚合物，將聚合物濾出，干燥，粉碎得到聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體；2)熔融紡絲：將聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體與CAB按重量比為1：6混合均勻，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融共混，卷繞收集成束，得到發(fā)熱纖維；3)制備發(fā)熱納米纖維：將發(fā)熱纖維浸泡在丙酮中，70℃回流萃取處理70小時，使發(fā)熱纖維中的CAB完全溶解在丙酮中后取出發(fā)熱纖維，干燥完全得到發(fā)熱納米纖維B；將溶有CAB的丙酮經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干丙酮溶劑后回收得到CAB，干燥后回收備用。實施例31)制備聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體：1a)按重量比，取聚乙烯醇-乙烯共聚物：水：異丙醇為5：8：12混合均勻得到聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液；1b)取碳化鈷粉體與碳化鉬粉體，其總重量為聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％，按重量比，將(碳化鈷粉體與碳化鉬粉體)：水：異丙醇為5：8：12混合均勻得到發(fā)熱粉體溶液；所述碳化鈷粉體的粒徑為200nm，碳化鉬粉體的粒徑為220nm。1c)將聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液與發(fā)熱粉體溶液混合，攪拌均勻得到共混液體，向共混液體緩慢加入10℃的冷水中，攪拌，冷水中即析出聚合物，將聚合物濾出，干燥，粉碎得到聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體；2)熔融紡絲：將聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體與CAB按重量比為1：5混合均勻，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融共混，卷繞收集成束，得到發(fā)熱纖維；3)制備發(fā)熱納米纖維：將發(fā)熱纖維浸泡在丙酮中，72℃回流萃取處理72小時，使發(fā)熱纖維中的CAB完全溶解在丙酮中后取出發(fā)熱纖維，干燥完全得到發(fā)熱納米纖維C；將溶有CAB的丙酮經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干丙酮溶劑后回收得到CAB，干燥后回收備用。實施例41)制備聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體：1a)按重量比，取聚乙烯醇-乙烯共聚物：水：異丙醇為5：8：12混合均勻得到聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液；1b)取碳化鈷粉體、碳化鉭粉體與碳化鋯粉體，其總重量為聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％，按重量比，將(碳化鈷粉體、碳化鉭粉體與碳化鋯粉體)：水：異丙醇為5：8：12混合均勻得到發(fā)熱粉體溶液；所述碳化鈷粉體的粒徑為200nm，碳化鉭粉體的粒徑為300nm，碳化鋯粉體的粒徑為500nm；1c)將聚乙烯醇-乙烯共聚物溶液與發(fā)熱粉體溶液混合，攪拌均勻得到共混液體，向共混液體緩慢加入10℃的冷水中，攪拌，冷水中即析出聚合物，將聚合物濾出，干燥，粉碎得到聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體；2)熔融紡絲：將聚乙烯醇-乙烯共聚物粉體與CAB按重量比為1：5混合均勻，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融共混，卷繞收集成束，得到發(fā)熱纖維；3)制備發(fā)熱納米纖維：將發(fā)熱纖維浸泡在丙酮中，72℃回流萃取處理72小時，使發(fā)熱纖維中的CAB完全溶解在丙酮中后取出發(fā)熱纖維，干燥完全得到發(fā)熱納米纖維D；將溶有CAB的丙酮經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干丙酮溶劑后回收得到CAB，干燥后回收備用。實施例1～4中雙螺桿擠出機的工作溫度為：一區(qū)溫度：150℃；二區(qū)：190℃；三區(qū)：195℃；四區(qū)：200℃；五區(qū)：205℃；六區(qū)：210℃；七區(qū)：215℃；機頭：220℃；所述停留時間2～3min，壓力為15MPa。為驗證發(fā)熱納米纖維的發(fā)熱性能，進行了發(fā)熱性能測試試驗，具體的發(fā)熱性能測試方法：采用遠紅外燈光源對發(fā)熱納米纖維和空白納米纖維同時進行照射1分鐘和3分鐘，同時采用FLUK紅外測試儀實時監(jiān)測發(fā)熱納米纖維和空白納米纖維的溫度變化情況，發(fā)熱性能效果如圖1與圖2所示。發(fā)熱性能測試中的空白納米纖維與發(fā)熱納米纖維的納米纖維相同，區(qū)別在于空白納米纖維中未添加碳化鋯粉體或其他發(fā)熱粉體，而發(fā)熱納米纖維中添加了碳化鋯粉體，碳化鋯粉體的重量為聚乙烯醇-乙烯共聚物重量的0.1％。從圖1可以看出，經(jīng)過1分鐘的紅外照射，空白納米纖維1的溫度為39.1℃，而發(fā)熱納米纖維2的溫度為57.2,℃；從圖2可以看出，經(jīng)過3分鐘的紅外照射，空白納米纖維1的溫度為41.7℃，而發(fā)熱納米纖維2的溫度為71.1℃；圖1與圖2表明加入了碳化鋯粉體顯著提高了納米纖維的發(fā)熱性能。為驗證發(fā)熱納米纖維的耐水洗能力，將實施例1～4得到的發(fā)熱納米纖維進行了耐水洗試驗，具體的測試方法如表1，水洗方法采用AATCC61-2003法，采用FLUK紅外測試儀實時監(jiān)測發(fā)熱納米纖維的溫度，記錄上升的最高溫度。表1耐水洗試驗序號樣品光源水洗次數(shù)最高溫度1發(fā)熱納米纖維A遠紅外燈1室溫的500％2發(fā)熱納米纖維A遠紅外燈50室溫的500％3發(fā)熱納米纖維B太陽光1室溫的200％4發(fā)熱納米纖維B太陽光50室溫的200％5發(fā)熱納米纖維C陰天1室溫的130％6發(fā)熱納米纖維C陰天50室溫的130％7發(fā)熱納米纖維D陰天1室溫的160％8發(fā)熱納米纖維D陰天50室溫的160％由表1中，發(fā)熱納米纖維A耐水洗試驗可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱納米纖維經(jīng)過50次水洗后上升的最高溫度仍然為室溫的500％，因此，發(fā)熱納米纖維A的耐水洗能力強。同理，發(fā)熱納米纖維B，發(fā)熱納米纖維C,發(fā)熱納米纖維D的耐水洗能力強。綜上實驗結(jié)果表明，此發(fā)熱納米纖維有優(yōu)異的發(fā)熱性能和耐水洗能力。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3