CN104562278A - 一种二氧化钒均匀分散涤纶纤维 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化钒均匀分散涤纶纤维，所述二氧化钒均匀分散涤纶纤维中含有质量百分比为0.1%~5%的化学组成为V_1-xM_xO₂的二氧化钒纳米粉体，其中M为掺杂元素，0≤x≤0.5。所述二氧化钒均匀分散涤纶纤维制备方法简单，便于大规模操作，制成衣服，窗帘等织物，起到隔绝紫外线，对热量继续智能调控，冬暖夏凉的作用，扩大二氧化钒的应用性。本发明的二氧化钒粒子进行有机官能团的有机改性，并加入到树脂的聚合过程中，分散性更好，而且在后加工过程中更稳定。

Description

一种二氧化钒均匀分散涤纶纤维

技术领域

本发明涉及涤纶纤维领域，特别是指一种二氧化钒均匀分散涤纶纤维。

背景技术

二氧化钒材料具有一级相变特性，可感应环境温度变化，智能响应这一变化实现对太阳光的波段选择性透过或遮蔽。通常在环境温度低于相变温度时，含有二氧化钒的薄膜或涂层对太阳光中的可见光和中红外光几乎是完全通透的；当温度超过二氧化钒的半导体-金属相变温度时，二氧化钒发生相变转化为R相，此时材料可对中红外光选择性遮断，达到透明（可见光透过）阻热的目的。二氧化钒的半导体-金属相变是热诱导的可逆变化，其温度开关效应可用来对中红外线的通断进行智能控制。利用二氧化钒在红外光区高温下的低透过和低温下的高透过，可以制备完全智能的节能窗口***。

    光学计算表明（S.-Y. Li,a_ G. A. Niklasson, and C. G. Granqvist Nanothermochromics: Calculations for VO2 nanoparticles in dielectric hosts show much improved luminous transmittance and solar energy transmittance modulation，JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 108, 063525 2010）若能将二氧化钒纳米粉体分散于其他基质，如透明高分子，可在保留二氧化钒光学调控性能的基础上，提高可见光透过率至实用水平，可对服役中的玻璃、墙面、以及车船等运输工具的外表面进行节能改造。通过把二氧化钒材料做到纳米尺寸并和有机改性材料复合可以制备一种智能温控材料，如加入纤维中，即可制备一种二氧化钒均匀分散涤纶纤维，该二氧化钒均匀分散涤纶纤维可制成衣服，窗帘等织物，起到隔绝紫外线，对热量继续智能调控，冬暖夏凉的作用。如中国专利申请号200410051966.4中提到了二氧化钒太阳热智能控温高聚物薄膜，但采用的是，粒子和高分子树脂简单共混的方法。

发明内容

本发明的一个目的是提出了一种二氧化钒均匀分散涤纶纤维，解决了现有技术中的涤纶纤维作用单一，达不到对热量智能操控的缺陷。

    本发明的技术方案是这样实现的：一种二氧化钒均匀分散涤纶纤维，所述二氧化钒均匀分散涤纶纤维中含有质量百分比为0.1%~5%的化学组成为V_1-xM_xO₂的二氧化钒纳米粉体，其中M为掺杂元素，0≤x≤0.5。不同的二氧化钒含量会对纤维的智能效果又不一样的效果，过少则没效果，过多则不利于形成均匀分散涤纶纤维。应用本发明提供的二氧化钒粉体稳定性和分散性好，能够长期保存使用，可作为高分子材料的纳米填充物，也可用于玻璃以及外墙等隔热场合。它与一般的隔热材料不同，其在相变温度以上时可大幅阻隔红外光，而低于相变温度红外线可以高度透过，而且这种变化是可逆的，可以实现太阳热的智能调节。

    优选的，所述二氧化钒纳米粉体为金红石相二氧化钒纳米粉体，相变温度在-20～70℃可调。所述金红石相二氧化钒纳米粉体具有一级相变特性，可感应环境温度变化，智能响应这一变化实现对太阳光的波段选择性透过或遮蔽。通常在环境温度低于相变温度时，含有二氧化钒的薄膜或涂层对太阳光中的可见光和中红外光几乎是完全通透的；当温度超过二氧化钒的半导体-金属相变温度时，二氧化钒发生相变转化为R相，此时材料可对中红外光选择性遮断，达到透明（可见光透过）阻热的目的。二氧化钒的半导体-金属相变是热诱导的可逆变化，其温度开关效应可用来对中红外线的通断进行智能控制。

优选的，所述掺杂元素M是钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌 、锡、钨、钼、钌、铌中的一种或多种。

更优选的，掺杂元素为钨、钼、铋、锡、铁、锌和钛。

采用上述掺杂元素，可以控制掺杂二氧化钒纳米粉体尺寸和形貌；所用的掺杂元素同样也能调控二氧化钒的相转变温度。

优选的，当x>0时，掺杂二氧化钒纳米粉体优选为颗粒状，且颗粒的长径比为1:1～10:1，优选为1:1～5:1，更优选为1:1～2:1。所述颗粒状可以为例如近球形、椭圆形、雪花形、立方形、片形等。

优选的，颗粒尺寸在至少一个维度上不大于1um，

更优选的，颗粒尺寸在至少一个维度上不大于100nm。最优选的，颗粒尺寸在三个维度上均不大于100nm，最优选的，颗粒尺寸在三个维度上均不大于70nm。

优选的，所述二氧化钒纳米粉体的颗粒尺寸在200nm以下。

一种二氧化钒均匀分散涤纶纤维的制备方法：

将含有1%～10 %的二氧化钒粉体的聚酯切片和纺丝级聚酯切片按重量比1：0.1~1：20在双螺杆挤出机上进行挤出造粒制得二氧化钒粉体均匀分散的仿丝聚酯切片，仿丝聚酯切片的二氧化钒粉体质量分数为0.1%~5%。

其中，含有1%～10 %的二氧化钒粉体的聚酯切片中，二氧化钒粉体以纳米尺寸分散在聚酯切片中，含有1%～10 %的二氧化钒粉体的聚酯切片采用如下方法制备：

（1）二氧化钒纳米粉体表面接上可聚合的有机官能团包括分散、反应和分离三步：

（a）将二氧化钒纳米粉体分散于分散介质中，得混合物A；

（b）在所述混合物A中加入分散助剂和用于形成二氧化钒纳米粉体表面有机官能团的有机改性剂，搅拌至充分混合均匀，加热反应得混合物B；

（c）将混合物B干燥制得表面接上可聚合的有机官能团的二氧化钒纳米粉体。

（2）聚合：将带官能团的二氧化钒纳米粉体均匀分散在乙二醇溶液中，并与对苯二甲酸配成均匀浆料，进行聚酯切片的合成。

本发明的有益效果为：所述二氧化钒均匀分散涤纶纤维制备方法简单，便于大规模操作，制成衣服，窗帘等织物，起到隔绝紫外线，对热量继续智能调控，冬暖夏凉的作用，扩大二氧化钒的应用性。本发明的二氧化钒粒子进行有机官能团的有机改性，并加入到树脂的聚合过程中，分散性更好，而且在后加工过程中更稳定。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。

实施例1

将含有1%～10 %的二氧化钒粉体的聚酯切片和纺丝级聚酯切片按重量比1：0.1~1：20在双螺杆挤出机上进行挤出造粒制得二氧化钒粉体均匀分散的仿丝聚酯切片，仿丝聚酯切片的二氧化钒粉体质量分数为0.1%~5%。

其中，含有1%～10 %的二氧化钒粉体的聚酯切片中，二氧化钒粉体以纳米尺寸分散在聚酯切片中，含有1%～10 %的二氧化钒粉体的聚酯切片可以是采用如下方法制备：

（1）二氧化钒纳米粉体表面接上可聚合的有机官能团包括分散、反应和分离三步：

（a）将二氧化钒纳米粉体分散于分散介质中，得混合物A；

（b）在所述混合物A中加入分散助剂和用于形成二氧化钒纳米粉体表面有机官能团的有机改性剂，搅拌至充分混合均匀，加热反应得混合物B；

（c）将混合物B干燥制得表面接上可聚合的有机官能团的二氧化钒纳米粉体。

（2）聚合：将带官能团的二氧化钒纳米粉体均匀分散在乙二醇溶液中，并与对苯二甲酸配成均匀浆料，进行聚酯切片的合成。

 也可以是用其他方法制备的具有类似性能性能的切片。

 再将二氧化钒粉体均匀分散的仿丝聚酯切片在纺丝机上进行全切片法纺丝即可制备二氧化钒均匀分散涤纶纤维。

以下，通过实施例对本发明进行更加详细的说明。

实施例1

(1)取各组分质量份数如下：

含有5 %二氧化钒粉体的聚酯切片，10g；

纺丝级聚酯切片（市售），90g；

将上述材料进行搅拌混合，后采用双螺杆挤出机进行共混造粒并制得切片，该切片中二氧化钒粉体的含量为0.5%，其中进料螺杆转速为60r/min ，主螺杆转速为 120 r/min，双螺杆挤出丝条经水浴冷却，经切粒机切粒得母粒，双螺杆挤出机各区温度分别为：210℃， 235℃，255℃，265℃，255℃；

(2)将步骤（1）制得的切片进行全切片纺丝，即可制得二氧化钒粉体的含量为0.5%的涤纶纤维。

 实施例2

(1)取各组分质量份数如下：

含有为2 %的二氧化钒粉体的聚酯切片，50g；

纺丝级聚酯切片（市售），50g；

将上述材料进行搅拌混合，后采用双螺杆挤出机进行共混造粒并制得切片，该切片中二氧化钒粉体的含量为1%，其中进料螺杆转速为60r/min ，主螺杆转速为 120 r/min，双螺杆挤出丝条经水浴冷却，经切粒机切粒得母粒，双螺杆挤出机各区温度分别为：220℃， 235℃，265℃，275℃，255℃；

(2)将步骤（1）制得的切片进行全切片纺丝，即可制得二氧化钒粉体的含量为1%的涤纶纤维。

实施例3

(1)取各组分质量份数如下：

含有为4 %的二氧化钒粉体的聚酯切片，60g；

纺丝级聚酯切片（市售），40g；

将上述材料进行搅拌混合，后采用双螺杆挤出机进行共混造粒并制得切片，该切片中二氧化钒粉体的含量为2.4%，其中进料螺杆转速为60r/min ，主螺杆转速为 120 r/min，双螺杆挤出丝条经水浴冷却，经切粒机切粒得母粒，双螺杆挤出机各区温度分别为：230℃， 245℃，255℃，255℃，265℃；

(2)将步骤（1）制得的切片进行全切片纺丝，即可制得二氧化钒粉体的含量为2.4%的涤纶纤维。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二氧化钒均匀分散涤纶纤维，其特征在于:所述二氧化钒均匀分散涤纶纤维中含有质量百分比为0.1%~5%的化学组成为V_1-xM_xO₂的二氧化钒纳米粉体，其中M为掺杂元素，0≤x≤0.5。

2.根据权利要求1所述的二氧化钒均匀分散涤纶纤维，其特征在于：所述二氧化钒纳米粉体为金红石相二氧化钒纳米粉体，相变温度在-20～70℃可调。

3.根据权利要求1所述的二氧化钒均匀分散涤纶纤维，其特征在于：所述掺杂元素M是钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌 、锡、钨、钼、钌、铌中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的二氧化钒均匀分散涤纶纤维，其特征在于：当x>0时，掺杂二氧化钒纳米粉体为颗粒状，且颗粒的长径比为1:1～10:1，所述颗粒状可以为例如近球形、椭圆形、雪花形、立方形、片形等。

5.根据权利要求4所述的二氧化钒均匀分散涤纶纤维，其特征在于：颗粒的长径比为1:1～5:1。

6.根据权利要求4所述的二氧化钒均匀分散涤纶纤维，其特征在于：颗粒的长径比为1:1～2:1。

7.根据权利要求4所述的二氧化钒均匀分散涤纶纤维，其特征在于：颗粒尺寸在至少一个维度上不大于1um，

根据权利要求4所述的二氧化钒均匀分散涤纶纤维，其特征在于：颗粒尺寸在三个维度上均不大于100nm。

8.根据权利要求1的一种二氧化钒均匀分散涤纶纤维，其特征在于：所述二氧化钒纳米粉体的颗粒尺寸在200nm以下。

9.一种如权利要求1-9任一所述的二氧化钒均匀分散涤纶纤维的制备方法，其特征在于：

将含有1%～10 %的二氧化钒粉体的聚酯切片和纺丝级聚酯切片按重量比1：0.1~1：20在双螺杆挤出机上进行挤出造粒制得二氧化钒粉体均匀分散的仿丝聚酯切片，仿丝聚酯切片的二氧化钒粉体质量分数为0.1%~5%。

10.其中，含有1%～10 %的二氧化钒粉体的聚酯切片中，二氧化钒粉体以纳米尺寸分散在聚酯切片中，含有1%～10 %的二氧化钒粉体的聚酯切片采用如下方法制备：

（1）二氧化钒纳米粉体表面接上可聚合的有机官能团包括分散、反应和分离三步：

（a）将二氧化钒纳米粉体分散于分散介质中，得混合物A；

（b）在所述混合物A中加入分散助剂和用于形成二氧化钒纳米粉体表面有机官能团的有机改性剂，搅拌至充分混合均匀，加热反应得混合物B；

（c）将混合物B干燥制得表面接上可聚合的有机官能团的二氧化钒纳米粉体；

（2）聚合：将带官能团的二氧化钒纳米粉体均匀分散在乙二醇溶液中，并与对苯二甲酸配成均匀浆料，进行聚酯切片的合成。