[发明专利]一种石墨烯微胶囊、智能调温纤维及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯微胶囊、智能调温纤维及其制备方法。一种石墨烯微胶囊，由芯材和壳材组成，芯材为石墨烯材料，壳材为合成高分子或天然高分子材料；芯材的含量优选为15wt％～60wt％；其制备方法为：将石墨烯材料的水分散液和壳材原料混合、乳化，形成悬浮液；石墨烯的水分散液由去离子水、石墨烯和表面活性剂组成；壳材原料为：合成高分子的预聚物或天然高分子材料；向悬浮液中加入固化剂或引发剂，发生固化反应，过滤，干燥即得石墨烯微胶囊。本发明对石墨烯的微胶囊化，不仅提高了石墨烯在基材中的分散性和相容性，也提高了微胶囊的导热和储热性能，优化了纺丝工艺，提升了石墨烯改性纤维表面的光滑性。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯微胶囊、智能调温纤维及其制备方法。

背景技术

智能蓄热调温纤维是将纤维制造技术与相变蓄热材料技术相结合进而开发出来的一种新型功能性产品，俗称空调纤维，具有双向调温作用。传统的凉爽、保温纤维在温度调节作用上都是隔离式、被动地、无法自动调节控制，其本质仍然是普通的差别化纤维或普通纤维。智能调温纤维具有智能调温的效果，可以根据环境温度的变化释放和吸收热量。含有相变材料的织物在温度升高时，相变材料从固态变为液态，吸收热量，从而降低体表温度。相反，当环境温度降低时，相变材料从液态变为固态，放出热量，从而减少了人体向环境释放的热量，从而维持人体的正常温度，可以使人体始终保持着一种舒适的状态。智能调温纤维材料可以是智能地、主动地控制周围的温度，并且可以在温度振荡的环境中反复循环使用，从而改变了传统保温纤维只具有单向温度调节功能的不足。

专利申请CN106567253A公开了一种调温蓄热竹纤维及其制备方法，使用十二醇为芯材，聚甲基丙烯酸甲酯和相应改性剂为壳层制备相变纳米微胶囊，采用浸渍法将微胶囊固定于竹纤维的表面。专利申请CN104562269A公开了一种蓄热调温腈纶基纤维的制备方法，使用水性相变材料微胶囊悬浮液、硫氰酸钠水溶液和少量纺丝原液进行纺丝，但在配方的设计中没有考虑热传导对调温蓄热纤维功能的影响，因而限制了纤维的应用。专利申请CN107022801A公开了一种蓄热恒温纤维的制备方法及其制备面料的方法，使用相变材料微胶囊和光热转换陶瓷微粉进行聚丙烯的熔融纺丝，并在面料的后处理中使用微胶囊，得到调温蓄热面料。专利申请CN103243406A提出了一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法，首先制备石墨烯、硫化铜和聚乙二醇的三元复合相变介质，然后将其与聚合物基质共混制备纺丝级切片，然后经熔融纺丝制备智能调温纤维。

目前智能蓄热调温纤维的制备方法主要有：中空纤维浸渍法、熔融复合纺丝法、微胶囊法三种，其中中空纤维浸渍法存在纤维封端困难，相变物质易渗出或洗出而残留在纤维表面；熔融复合纺丝法存在相变材料可纺性低，需加入增塑才能进行纺丝的问题；微胶囊复合纺丝法是目前制备相变纤维最常用的方法，在微胶囊的包覆下，相变材料与外界环境隔绝，保证了其在加工温度下的稳定性，但是工艺复杂，纤维质量难以保证，调温性能不稳定。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种石墨烯微胶囊，该微胶囊通过壳材将石墨烯隔离开，避免了石墨烯材料引入纤维团聚、分散不均匀导致纤维质量不稳定的问题，而且可以与相变微胶囊、纤维纺丝液通过湿法纺丝的方式制得智能调温纤维，避免了中空纤维浸渍法、熔融复合纺丝法等工艺流程复杂的问题。

本发明的第二目的在于提供上述石墨烯微胶囊的制备方法，该制备方法利用乳液聚合的方式将石墨烯材料包裹在高分子壳材内，降低了石墨烯微胶囊与纤维纺丝液的混合难度。

本发明的第三目的在于提供一种智能调温纤维，该智能调温纤维集合了石墨烯微胶囊和相变微胶囊的双重优点，具有较高的导热系数以及稳定的储热调温性能。

本发明的第四目的在于提供上述智能调温纤维的制备方法，该制备方法采用了湿法纺丝的技术，不需要对石墨烯或相变微胶囊预先化学预处理，因此工艺流程简单、生产效率高，质量监控难度更低。