纤维素基储能调温超细纤维的制备

纤维素基储能调温超细纤维的制备
陈长中1,王林格2,黄 勇*3,4
(1 南阳师范学院化学与制药工程学院,南阳 473061;2 英国谢菲尔德大学生物医学系,
谢菲尔德 S102T N;3 中国科学院化学研究所,高分子化学与物理国家重点实验室,北京 100080;
4 中国科学院广州化学研究所,纤维素重点实验室,广州 510650)
摘要:使用静电纺丝法制备了以醋酸纤维素(CA)为载体基质,聚乙二醇(PEG)为相变材料的新型P EG/
CA储能调温超细复合纤维,研究了纺丝溶液中不同PEG含量和分子量对复合纤维的形态和热学性能的影响。

结果发现复合纤维的形态一般呈表面光滑的圆柱状,其平均直径随着P EG含量和分子量的增加而增大,PEG
随机分布在复合纤维中的内部和表面。

热学分析发现当改变纤维中P EG的含量时,复合纤维的相变温度变化
不大,而相变焓则与之成正比变化;当改变纤维中PEG分子量时,复合纤维的相变温度和相变焓均随之而改
变。

通过多次热循环测试发现复合纤维的热学性能均无太大变化,表明所得复合纤维具有良好的耐热性能和
稳定性能。

通过模拟测试发现,所制得的PEG/CA复合纤维具有良好的蓄热调温特性。

因此,PEG/CA储能
调温超细复合纤维具有很好的应用前景。

关键词:静电纺丝;储能调温;超细纤维;形态;热学性能
引言
储能调温纤维又称蓄热调温纤维,是将相变储能材料与纤维制造技术相结合开发出的一种功能纤维。

储能调温纤维能够在外界环境温度变化时,利用其中的相变材料发生相转变过程与外界环境进行热交换,即发生吸热或放热的过程,从而实现纤维储能或温度调节功能。

储能调温纤维及纺织品技术被美国New sday的编辑们选做 改变21世纪人类生活的21项革新之一。

储能调温纤维在服装行业、纺织品、医疗、建筑行业等领域有非常巨大的应用前景,其制备方法有中空纤维填充法、浸轧法、微胶囊法和复合纺丝法等。

早在20世纪80年代,Vig o和Frost[1,2]通过将中空纤维浸入相变材料的溶液如无机水合盐和低分子量的PEG溶液中,制得了几种在不同温度区间的蓄热调温纤维。

但是,这些纤维经过循环使用后热性能明显变差。

因此,提高蓄热调温纤维热性能的新型制备方法如相变材料的微胶囊技术迅速发展起来。

Pause[3]将微胶囊化的相变材料整理到纤维上,并系统地提出了蓄热调温纤维具有基础和动态保温性的新理论。

最近,Zhang等[4,5]分别使用熔融纺丝法和湿法纺丝法成功制备了微胶囊化的相变材料嵌入纤维的蓄热调温复合纤维。

可是,上述方法对于聚合物和相变材料的选择具有很大的局限性,同时制备过程要求较高,所以此方法只能用于制备极少数几种蓄热调温纤维。

因此,寻找一种能克服上述缺点的蓄热调温纤维的制备方法是研究者的当务之急。

静电纺丝法是一种制备微米/纳米级超细纤维的简单方便的技术,各种聚合物、聚合物混合物以及含有无机纳米颗粒或药物的聚合物均可进行静电纺丝[6,7]。

静电纺丝在卫生保健、生物与环境工程、防护与安全用品以及能量储存和再生等众多领域有着广泛的研究兴趣和巨大的应用前景。

Xia研究组[8]首次使用同轴静电熔融纺丝法制备了含有长链烷烃和T iO2 PVP复合物的相变纳米纤维。

本文选取聚乙二醇(PEG)作为相变模型化合物,醋酸纤维素(CA)作为高分子载体,通过静电纺丝法成功制备了PEG/
基金项目:国家自然科学基金(N o.50521302)和广东省自然科学基金(N o.07006836);
作者简介:陈长中(1980-),男,大学讲师,主要从事高分子功能材料的研究,E mail:czchen@.
*通讯联系人:yhuang@.
CA蓄热调温超细复合纤维;同时对纤维的形态与热性能进行了较细致的研究。

1 实验部分
1 1 原料与试剂
聚乙二醇(PEG):分子量分别为2000、4000、6000、10000和20000,广州化学试剂有限公司,分析纯。

按分子量的不同将其分别写为PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG10000和PEG20000。

醋酸纤维素(CA):M n=2 9∀104,DS=2 45,Sigma A ldrich公司;
丙酮:天津市百世化工有限公司,分析纯;
N,N 二甲基乙酰胺(DMAc):天津市博迪化工有限公司,分析纯。

1.2 静电纺丝过程
首先将一定质量的CA溶解在N,N 二甲基乙酰胺/丙酮混合溶液(w/w=1#2)中配置一系列浓度为15%(w t)的溶液,然后分别往其中加入不同含量及分子量的PEG,在室温下密封匀速搅拌2h。

将已配置好的溶液装入5m L的玻璃注射器中,注射器一端与直径为0.8mm的喷丝头相接,另一端则连接注射泵推动溶液以5mL/h的速度流至喷丝头一端。

喷丝头与高压静电发生器(BPS 20,北京静电设备有限公司)的阳极相连,纺丝电压为14kV,周围环境温度为25∃,相对湿度为65%。

使用与地相连的铝箔收集得到无纺布纤维,铝箔与喷丝口之间距离为15cm,滚筒轴心与喷丝口之间距离为15cm。

将电纺所得纤维在真空烘箱室温下干燥24h以除去残余的溶剂。

1.3 热循环实验
为了确定纯PEG粉末和PEG/CA电纺复合纤维的热稳定性和可靠性,将其进行了加热 冷却的热循环处理实验。

实验过程如下:首先将一定质量的PEG粉末和PEG/CA电纺复合纤维分别装入未完全密封的铝盒中,然后将其放入热台(ST C200,Instec,美国)中进行热循环处理。

热循环过程包括高于PEG溶解温度(最高温度100∃)的加热过程和冷却过程(冷却至室温),加热和冷却过程分别设置为20m in和30m in。

以上过程持续进行100次。

1.4 蓄热调温性能实验
为了测试样品在外界温度变化时的蓄热调温性能,实验中采用热台模拟外界温度变化过程并对其过程中样品的温度变化进行监测,从而得到其蓄热调温变化曲线。

具体操作如下:将CA纤维、PEG粉末和PEG/CA复合纤维分别使用铝箔包转成管状,其厚度约1cm,而将PEG粉末则装入一个小铝瓶中,然后都放置在热台上。

热台设置为温度在35~90∃之间进行加热 冷却的循环过程,加热和冷却过程设置时间分别为20min和25min左右。

在循环变化过程中,热台、CA纤维、PEG粉末以及PEG/CA复合纤维的温度变化使用热耦合灵敏温度计(Center300,台湾群特公司)进行测试,每隔30s读数一次。

1.5 测试与表征
1.5.1 电纺溶液性质 所得溶液的粘度和电导率分别使用旋转粘度计(REOTEST II,Volkseignener,德国)和电导率仪(DDS 11A,上海大普仪器有限公司)进行测定。

以上测试在室温下进行,且均重复测量三次,各取相应的平均值。

1.5.2 纤维形态测试 先将处理前后的电纺纤维表面喷金,然后使用场发射扫描电子显微镜(FE SEM,JSM 6700F,JEOL,日本)在低真空20kV加速电压下对其形态进行观测。

透射电子显微镜(T EM, JEOL 100CX/II,NEC,日本)也用于纤维形态的观测,其工作电压为100kV。

选取至少5张各纤维样品的FE SEM照片,使用U TH SCSA Im ag e To ol软件测出电纺纤维的平均直径。

1 5 3 热性能测试 将热处理前后的样品通过示差扫描量热仪(DSC,DSC 100,PE,美国)进行热分析测试。

测试条件为:将样品在N2保护下从-20∃加热至120∃,然后再从120∃至 20∃,加热和冷却速率均为10∃/min。

样品还通过热重分析仪(T G,TGA2050,T A,美国)测试,测试条件为:高纯氮气保护,流量为80m L/min,样品质量在8~15m g之间,扫描温度范围从0∃到650∃,升温速率为10∃/m in。

2 结果与讨论
2 1
纤维的形态
图1 CA 纤维和不同PEG 含量的PEG/CA 复合纤维的SEM 照片
(a)CA ;(b)10%(w t);(c)20%(wt);(d)30%(w t);(e)40%(w t);(f)50%(w t);(g )60%(wt);(h)70%(w t)
F ig ur e 1 SEM imag es of electr ospun CA fiber s and PEG/CA co mpo site fibers with differ ent PE
G w t%:(a)CA ;(b)10%(w t);(c)20%(wt);(d)30%(w t);(e)40%(w t);(f)50%(w t);(g )60%(wt);(h)70%(w t)2 1 1 PEG 含量对复合纤维形态的影响 在CA 质量一定的PEG/CA 混合溶液中,PEG 的含量不能超出它在该溶剂体系中的溶解度。

本章中我们所列出的PEG 含量,是以溶液中总溶质的质量作为基准计算而得到的。

我们以PEG 分子量为10000为例,当PEG10000含量超出溶液中总溶质的70%(w t)时,PEG 就无法在溶液中完全溶解,说明此时PEG 含量已经达到实验中所能允许的极限。

图1给出了电纺CA 纤维和各种不同PEG10000含量的PEG/CA 复合纤维的SEM 照片。

从图中可以看出,在PEG 含量所允许的范围内,各种PEG/CA 混合溶液均能纺丝制得超细复合纤维。

当PEG 在复合纤维中的含
量不超过50%(w t)时(见图1b f),PEG/CA 复合纤维与CA 纤维一样表现为大小均匀、表面光滑的圆柱状。

而当PEG 含量继续增加时(见图1g),复合纤维开始变成不再规整的圆柱状纤维,且其尺寸分布也不太均匀;当PEG 含量达到实验所允许的极限值时(1h),每根纤维与纤维之间已经通过结点连接在一起,形成类似膜状的结构。

这是因为在本实验中PEG 单独无法成丝,主要依靠CA 载体的基质作用构成复合纤维的一部分,当PEG 的含量较低时,占绝对优势的CA 能够很好地起到载体作用,而随着PEG 含量的增加,CA 就无法完全将PEG 结合成纤维,导致部分PEG 在溶剂挥发后直接以固体状态聚集在纤维与纤维之间的空隙,从而构成了如图1h 所示的形态。

上述纤维的平均直径显示在图2中。

从图中我们可以看到很明显的变化趋势就是纤维的平均直径随着PEG10000含量的增大而有所增加。

纯CA 纤维(即PEG 含量为0%(w t))的平均直径为721nm ,而当PEG 含量达到70%(w t)时的PEG/CA 复合纤维的平均直径则高达2 m 以上。

为了解释图2中平均直径的变化趋势,图3给出了不同PEG 含量时混合纺丝溶液的粘度和电导率变化规律。

随着PEG 在混合溶液中含量的增加,溶液的粘度逐渐增大,而电导率则不断下降,这种变化规律是纺丝所得纤维直径增大的主要因素[9~12]。

图2 电纺CA 纤维和不同PEG 含量的
PEG/CA 复合纤维的平均直径
F ig ur e 2 A ver age diameter o f electro spun
CA fibers and P EG /CA composite fiber s
w ith different P EG %(w
t)图3 PEG 含量与PEG /CA 混合溶液的
电导率和粘度的关系曲线Fig ure 3 Co nductivit y and v isco nsit y of PEG/CA mixed solution VS.PEG percentage in the solute of the solution
2 1 2 PEG 分子量对复合纤维形态的影响 图4给出了不同分子量PEG 组成的PEG/CA 复合纤维的SEM 照片和相应的平均直径。

由图可以看出,所有的电纺纤维均为表面光滑的圆柱状,且在复合纤维的表面PEG 与CA 没有出现明显的相分离,这表明各种不同分子量的PEG 与CA 在复合纤维中均具有较好的相容性。

而五种不同分子量的PEG/CA 复合纤维的平均直径和直径分布则具有一定的变化规律,它们在尺寸上均较CA 纤维有所增大,且随着复合纤维中PEG 分子量的增大而逐渐增大(纤维平均直径由1029nm 增至1752nm),直径分布则由窄变宽,即由比较均匀变得越来越不均匀。

复合纤维在直径上的变化主要是由于PEG 的加入改变了纺丝溶液的性质(由
3 1 1中得知混合纺丝溶液的粘度增加,表面张力及电导率下降),在溶液浓度一致的情况下而PEG 的分子量越高则对混合溶液的粘度增加愈多,从而使得所纺复合纤维的平均直径逐渐增大。

2 1
3 PEG 在复合纤维中的分布 为了研究PEG 在复合纤维中的分布情况,我们利用PEG 的水溶性和CA 的非水溶性,将纤维浸入过量的去离子水中24h 洗涤除去PEG/CA 复合纤维中的PEG 。

对比水洗前后纤维的质量,可以确认纤维中的PEG 几乎完全被洗去(水洗后纤维的质量减轻49 2%(w t),这与纤维中PEG 的质量分数相当)。

从SEM 照片(见图5)可以看出,水洗前纤维表面光滑,而水洗后纤维虽然仍然保持圆柱状,但是其表面出现了一些小空洞和凹槽(见图5b),这表明部分PEG 分布在在复合纤维的表面。

图4 不同分子量P EG组成的P EG/CA复合纤维的SEM照片及相应的平均直径
(a)CA;(b)P EG2000/CA;(c)PEG4000/CA;(d)P EG6000/CA;(e)PEG10000/CA;
(f)PEG10000/CA;(g)以上纤维的平均直径
Fig ure4 SEM images of elect rospun fibers and t he cor responding averag e diameter
(a)CA;(b)P EG2000/CA;(c)PEG4000/CA;(d)P EG6000/CA;(e)PEG10000/CA;
(f)PEG20000/CA;(g)the av erag e diameter
此外,TEM照片(见图6)表明经水洗后的纤维的内部出现随机的空洞,这同样应该是PEG被水洗
之后所产生的,由此说明PEG无规分布于复合纤维的表面和内部。

图5 去离子水处理前后P EG/CA复合纤维的SEM照片
(a)处理前;(b)处理后
F ig ure5 SEM imag es of P EG/CA composite fibers befor e(a)and after(b)washing
图6 去离子水处理前后PEG/CA复合纤维的T EM照片
(a)处理前;(b)处理后
Fig ure6 T EM imag es o f PEG/CA co mpo site fibers befo re(a)and after(b)w ashing
2 2 纤维的热性能
2 2 1 复合纤维中PEG含量对纤维热性能的影响 对于一种理想的相变材料而言,较高的焓变、合适
的相变温度区间和较好的热稳定性至关重要。

研究PEG含量对复合纤维热性能影响时,我们选择了分
子量为10000的PEG为研究对象,随后的描述不再重复。

图7为不同PEG含量时所得PEG/CA复合纤维的DSC曲线。

在相同的测试条件下,纯PEG固体粉末的相变温度T m(熔融温度,下同)和T c(结晶温度,下同)分别在64∃和39∃附近。

从图7可以看到,所有PEG/CA复合纤维的T m和T c均比纯PEG固体粉末稍低,但其总体变化趋势是:随着PEG含量的增加,复合纤维的相变温度也有所升高,但是其变化甚小。

通常而言,两种不同高分子材料组成的复合物,其熔融温度和结晶温度均低于这两种材料各自的熔融温度和结晶温度。

这里因为CA对PEG的掺杂复合作用,从而导致PEG/CA复合纤维的T m和T c均低于PEG。

同时,在复合纤维中PEG与CA之间还存在较强的氢键作用力,也会对PEG的相变行为有所影响。

当纤维中PEG含量增加时,CA在纤维中处于相对弱势,对PEG相变性质的作用也随之减弱,这样复合纤维的相变温度越发接近纯PEG的相变温度。

我们还发现,复合纤维的焓变峰也随PEG含量的增加而变强,表明其焓变值随之增大。

从中我们可以得知,改变复合纤维中PEG的含量,其相变温度和相变焓均有所变化,但是前者的变化相对较小。

我们通过对纯PEG固体粉末和热处理前后的PEG/CA复合纤维均进行了相同条件下的DSC测试,然后根据测试结果的数据得到了如图8所示的不同PEG含量的PEG/CA复合纤维在熔融/结晶过程的理论焓变值和热循环处理前后的实际焓变值。

各种PEG/CA复合纤维的理论值即为PEG的相变焓与PEG在纤维中比重的乘积。

很明显,不管PEG含量在复合纤维中的高低,复合纤维的理论焓变值均高于实际焓变值。

PEG含量越低时,两者之间的差距则越大。

从前面复合纤维结晶性能的讨论中我
们知道,PEG含量低的复合纤维结晶情况较差,PEG在纤维中分布相对分散,因此影响了复合纤维的相
图7 不同PEG含量的PEG/CA复合纤维的DSC曲线
(a/a )10%(wt);b/b )20%(w t);c/c )30%(w t);d/d )40%(w t);e/e )50%(w t);f/f )60%(wt);g/g )70%(w t)
F igur e7 DSC cur ves of electr ospun PEG/CA co mpo site fibers w ith different PEG%(wt)in the fibers
(a/a )10%(wt);(b/b )20%(w t);(c/c )30%(wt);(d/d )40%(wt);
(e/e )50%(w t);(f/f )60%(w t);(g/g )70%(w t)
图8 不同P EG含量的P EG/CA复合纤维的理论焓变值和热处理前后实际焓变值
(a)熔融过程;(b)结晶过程
F igur e8 T heor etical and ex perimental enthalpy values of the electr ospun PEG/CA co mpo site
fiber s wit h differ ent P EG%(w t)in the fiber s
(a)M elting pr ocess;(b)Cr ystallizatio n pr ocess
变焓。

通过比较热循环处理前后复合纤维的焓变值,我们可以发现,无论是熔融过程还是结晶过程,通过热循环处理之后的复合纤维的焓变值( H m为熔融焓变, H c为结晶焓变,下同)相比未经处理时稍有降低,但降低幅度极小。

以 H m为例,按PEG含量从小到大为序,热处理之后分别为处理前的94 49%、96 31%、95 50%、99 77%、99 90%、96 52%和95 83%。

因为PEG含量较低时(%30%(w t))复合纤维的焓变值较小,即使热处理后焓变下降很少,其百分比却相对较大,因此前三个数据可靠性不高。

仔细分析后面四个数据,我们发现当PEG含量较高时,热处理后复合纤维的焓变值变化较大。

这是因为PEG在纤维中的含量超过CA时,CA对PEG的载体支撑作用大大减弱,使得PEG在受热过程中部分流失和氧化降解[13~15]的程度增加。

总体而言,各种不同PEG含量的PEG/CA复合纤维均具有较好的
耐热性能和热稳定性能。

2 3 2 复合纤维中PEG分子量对纤维热性能的影响 图9显示了不同分子量PEG组成的PEG/CA 复合纤维的DSC曲线图。

很明显,五种PEG/CA复合纤维的相变焓均有所不同,相变温度区间则随着PEG分子量的增大而由低温到高温逐渐增大,可以根据应用需要而选择不同的PEG/CA复合纤维。

图9 不同分子量PEG组成的P EG/CA复合纤维的DSC曲线图
(1/1 )P EG2000/CA;(2/2 )PEG4000/CA;(3/3 )PEG6000/CA;(4/4 )PEG10000/CA;(5/5 )PEG20000/CA Fig ure9 D SC curves o f electro spun P EG/CA composite fiber s in heating and coo ling pr ocess (1/1 )P EG2000/CA;(2/2 )PEG4000/CA;(3/3 )PEG6000/CA;(4/4 )PEG10000/CA;(5/5 )PEG20000/CA
图10为不同分子量PEG组成的PEG/CA复合纤维熔融与结晶焓变的理论值和热处理前后的实际值。

因为不同分子量的PEG相变焓相差不远,且各种PEG在纤维中的比重也相同(均为50%(w t)),因此反映在图10中的各种PEG/CA复合纤维的理论值也相差不多。

同时,所有PEG/CA复合纤维的实际相变焓(包括热处理前后的实验值)均低于理论值,这是因为静电纺丝过程阻碍了PEG的结晶,并且CA在纤维中起到稀释作用,从而使得其焓变实验值均无法完全达到理想状态[9,16]。

图10 不同分子量PEG组成的P EG/CA复合纤维焓变理论值和热处理前后的实验值
(a)熔融过程;(b)结晶过程
Figure10 T heo retical and experimental enthalpy values of t he five types of electr ospun PEG/CA co mpo site fibers
(a)M elting pro cess;(b)Cry st allization process
但是值得注意的是,随着PEG分子量的增加,PEG/CA复合纤维的焓变实验值越发接近理论值。

对于PEG2000/CA、PEG4000/CA和PEG6000/CA复合纤维而言,其熔融焓变的实验值(热处理前)为相应理论值的65 68%、66 58%和70 31%,而对于PEG10000/CA和PEG20000/CA复合纤维,其比例则增至97 0%和97 59%。

PEG分子量越大,PEG/CA复合纤维的结晶性能越好,从而导致其焓变值越接近理论值。

另外,经过热循环处理实验后,各种PEG/CA复合纤维的焓变并没有明显的降低,由图11中的数据计算得知热处理后PEG2000/CA、PEG4000/CA、PEG6000/CA、PEG10000/CA和PEG20000/ CA复合纤维的熔融焓变/结晶焓变( H m/ H c)分别相当于热处理前的98 57%/98 67%、98 32%/ 98 14%、97 16%/98 64%、99 86%/99 69%和97 54%/99 03%。

而热处理前后复合纤维的相变温度则反映在图11上。

对于五种PEG/CA复合纤维而言,T m和T c 均随着PEG分子量的增加而上升。

通过热处理后其相变温度同样变化极小,这充分表明所得复合纤维具有较好的耐热性能和热稳定性。

复合纤维中CA载体对PEG的支撑保护作用和PEG与CA之间较强的氢键作用是复合纤维能够多次循环使用而不致于降低热学性能的主要原因[17,18],因此所得复合纤维是一种很好的定形相变材料。

图11 不同分子量P EG组成的P EG/CA复合纤维热循环前后相变温度
F igur e11 Phase chang e temperature of PEG/CA composite fiber s wit h differ ent mo lecular w eig ht
o f PEG befor e and after t her mal cycles
图12所给出的CA纤维和各种不同PEG/CA复合纤维的TG曲线图进一步证实了该结论。

由图得知,各种不同PEG/CA复合纤维的TG曲线在较低温度范围下几乎可以重合,而各种复合纤维在250∃时的热失重不到5%,说明它们均具有较好的热稳定性能。

图12 电纺CA纤维与不同分子量PEG组成的PEG/CA复合纤维的T G曲线
Figure12 T G cur ves of electr ospun CA fibers and PEG/CA co mpo site fibers
w ith different mo lecular w eig ht of PEG
2 3 纤维的蓄热调温性能
蓄热调温是相变材料尤其是相变储能纤维的重要性能之一,其测试方法已经有相关文献报道[8]。

此处,我们使用热台模拟外界温度变化(设置温度变化范围为35~90∃),从而获得如图13所示的PEG粉末、电纺CA纤维和PEG/CA纤维的蓄热调温曲线。

从图中可知,CA电纺纤维的温度变化曲线与热台的变化趋势几乎一致,只是由于包覆锡箔的物理隔热与热量传递的滞后性,从而使得其在同一时刻下温度稍低于热台。

这是因为CA在该温度范围内无相变发生,所以只能随着热台温度的变化而变化。

但是,PEG粉末和PEG/CA纤维的温度变化曲线却与之不同,两者的温度变化区间相较热台和CA 纤维要窄得多,PEG粉末在40~65∃左右变化,而PEG/CA纤维则在40~55∃左右波动。

纯的PEG粉末的熔点高于PEG/CA复合纤维,因此其温度变化范围也相应较大。

由此可见,由于PEG在热台温度变化区间内的相变,使得PEG粉末和PEG/CA复合纤维具备了蓄热调温的特性。

而PEG/CA复合纤
图13 PEG粉末、CA纤维和P EG/CA复合纤维的蓄热调温曲线
F igur e13 T her mor egulating cur ves of P E
G pow der,electr ospun CA fiber s and PEG/CA com posite fibers
维由于具备定形相变的优点,在实际的储能调温应用中比固 液相变的纯PEG具有更广阔的前景。

3 结论
本研究工作使用静电纺丝法制备了新型的储能调温超细复合纤维,系统研究了PEG在复合纤维中的含量和种类对纤维形态以及热学性能的影响,并模拟测试了复合纤维的储能调温性能。

本研究工作的主要结论如下:
(1)当PEG含量较低时(PEG分子量确定),所得PEG/CA复合纤维均为表面光滑的圆柱状纤维,随着PEG含量的增加复合纤维的形态变差,且纤维的平均直径增大。

所制得的系列PEG/CA复合纤维的相变温度随PEG含量的增加变化不大,但是相变焓却与PEG含量的变化呈正比。

经热稳定性实验后,复合纤维的热性能均能较好地保持,PEG含量较高的复合纤维耐热性能相应较差;
(2)不同PEG分子量的PEG/CA复合纤维(PEG含量确定)均为表面光滑的圆柱状纤维,且纤维的平均直径随着PEG分子量的增加而增加。

所制得的系列PEG/CA复合纤维在不同的温度区间具有不同的相变焓,其变化趋势与PEG分子量的变化呈正比;
(3)通过热台模拟外界环境的温度变化,发现PEG/CA复合纤维具有良好的蓄热调温特性,是一种可以多次循环使用的定形相变纤维材料。

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Cellulose based Ultrafine Fibers for Thermoregulating Materials
CH EN Chang zho ng 1,WANG Lin g e 2,H UANG Yong 3,4*
(1 School of Chemistr y and Phar macy E ngineer ing,N any ang N or mal Univ er sity ,N any ang 473061,China;
2 D ep ar tment of B io medical S cience,Univ er sity of Shef f ield ,S hef f ield S 102T N ,UK ;
3 State K ey L abor ator y of Poly mer Phy sics and Chemistr y ,I nstitute of Chemistr y ,Beij ing 100080,China;
4 K ey L abor ato ry of Cellulose and L ignocellulosics Chemistr y ,Guangz hou I ns titute of Chemistr y ,
Chinese A cademy of S ciences,Guangz hou 510650,China)
Abstract:Ultrafine fibers o f poly ethylene gly col/cellulose acetate (PEG/CA)co mpo site in w hich PEG acts as a model phase change material (PCM )and CA acts as a suppor ting material,w ere successfully prepared via electrospinning as thermoreg ulating materials .T he effect of PEG content and its mo lecular w eight on morpholog y and therm al proper ties of the PEG/CA co mposite fibers w as studied.The m orpho logy observatio n from the co mpo site fibers revealed that the fibers w er e cylindrical and had a smoo th ex ter nal surface,and the average diameter of the composite fibers increases w ith the increase of PEG co ntent and its molecular w eight.PEG w as found to be bo th distributed on the surface and w ithin the cor e of the fibers.T he r esults fro m therm al properties indicated that the enthalpies of the composite fibers increase w ith the increase of PEG content,but the phase transition tem perature of those varied slightly;and both the enthalpies and phase transition temperature of the fibers varied w ith the PEG molecular w eig ht.T he thermal perform ances of the com posite fibers w ere repro ducible after thermal cy cles,w hich indicated that the com po site fibers hav e go od therm al stability and reliability.Meanw hile,the composite fibers have anticipant thermo reg ulating functio n fr om the simulate test.Therefore,the electrospun PEG/CA composite fibers are prom ising in ser ving as therm oregulating materials.
Key words:Electrospinning;T her moregulation;Ultrafine fibers;Mo rpholo gy;Thermal properties !72!高 分 子 通 报2010年7月。