專利名稱：一種智能調(diào)溫紡織品及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能紡織品及其制備方法，特別是涉及一種智能調(diào)溫紡織品及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著人民生活水平的提高，人們對于服裝的要求已經(jīng)從單純的“保暖性”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷ζ洹肮δ苄浴薄ⅰ笆孢m性”的追求，其中防皺、阻燃、拒油、防水透濕等功能性紡織品的相繼問世極大地推動了紡織品后整理技術(shù)的發(fā)展。隨著研究領(lǐng)域的不斷拓寬及紡織加工技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對服裝最基本的保暖御寒作用有了新的認識和理解。如何將時尚、美感與服裝保暖性能有機地結(jié)合起來，運用現(xiàn)代高新紡織加工技術(shù)，打破多年延續(xù)的僅靠機械增、減著裝厚度來抵御大自然四季輪回的傳統(tǒng)觀念，變靜態(tài)、被動的抵御為動態(tài)、積極的調(diào)節(jié)，給予服裝以新時代的氣息，已成為人們的熱門話題。
智能調(diào)溫紡織品對外界環(huán)境溫度具有獨特的智能響應(yīng)性，當(dāng)外界環(huán)境溫度升高時，其能夠從環(huán)境中吸收熱量并儲存于紡織品內(nèi)部；而當(dāng)外界環(huán)境溫度降低時，其又可將儲存于紡織品內(nèi)的熱量放出，從而在其周圍形成一個溫度基本恒定的局部氣候，由此達到溫度調(diào)節(jié)的目的，因此這種紡織品又稱為空調(diào)織物。由于智能調(diào)溫紡織品的這種獨特性質(zhì)而使其具有很大的實用價值，因此深受廣大消費者的歡迎，所以市場潛力巨大。國內(nèi)、外專家一致認為繼防水透濕等功能織物面市二十多年以后，智能調(diào)溫紡織品將是下一個最重要的，也是最具開發(fā)價值的舒適性紡織品之一。
相變材料是一種利用相變潛熱來貯能和放能的化學(xué)材料。將相變材料與紡織品結(jié)合可以開發(fā)出具有調(diào)溫性能的智能紡織品，該紡織品是一種通過維內(nèi)含有紡織品表面或纖的相變材料遇冷、熱后發(fā)生固-液可逆相變而吸收、放出能量，從而具有溫度調(diào)節(jié)功能的新型高技術(shù)紡織品。
目前研究人員采用了多種工藝將相變材料與紡織品進行結(jié)合來開發(fā)具有調(diào)溫性能的智能紡織品，最具代表性的工藝如下(1)空纖維填充法，即將相變材料填充到中空纖維中，從而賦予纖維蓄熱保溫、調(diào)溫性能。該方法是將帶有結(jié)晶水的硫酸鈉、氯化鈣或氯化鍶等水合鹽封入中空纖維中，利用含結(jié)晶水的鹽類在周圍環(huán)境溫度變化時的熔融或凝固過程來吸收或放出熱量，但是由于結(jié)晶水合鹽具有相分離現(xiàn)象，因此，這種纖維的實用性不強。(2)微膠囊法，該方法是將具有特定溫度范圍的相變材料用某些高分子化合物或無機化合物以物理或化學(xué)的方法包覆起來，并制成直徑在1μm～100μm之間常態(tài)下穩(wěn)定的固體微粒。雖然這種方法具有工藝成熟、原料易得且易于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點，但存在的問題是作為核心的固—液相變材料的相變體積變化高達15％以上，因此要求高分子包封層必須要有足夠的厚度和強度，這樣不僅會增加微囊包封的成本，而且反復(fù)收縮和膨脹將會影響使用壽命。另外，該類材料的導(dǎo)熱系數(shù)很低，因此在許多場合下需加入導(dǎo)熱劑，這樣勢必會降低蓄熱容量和溫度調(diào)控能力。(3)復(fù)合紡絲法，該方法是將相變材料與紡絲原液混合后進行紡絲。1993年日本酯公司提出了以脂肪族聚酯為芯成分或島成分，以普通聚合物為皮成分或海成分，采用熔融復(fù)合紡絲方法制備具有吸熱、放熱功能纖維的專利申請。1994年日本東洋紡公司提出了以聚丁二醇為芯成分或島成分，以普通聚合物為皮成分或海成分，采用熔融復(fù)合紡絲方法制備具有吸熱、放熱功能纖維的專利申請。2000年底，天津工業(yè)大學(xué)研制出了相變物質(zhì)含量在16％以上，單絲纖度為5dtex的蓄熱調(diào)溫纖維，而且該技術(shù)方案獲得了國家發(fā)明專利。清華大學(xué)張寅平等人在非典期間利用相變材料的調(diào)溫功能研制出醫(yī)用降溫服，但該法對設(shè)備的要求高，因此難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。(4)涂層法，該方法是將相變材料與粘合劑混合后直接涂覆于紡織品上而制成智能調(diào)溫紡織品，具有簡單易行的優(yōu)點，但是，由于大多數(shù)相變材料發(fā)生相變時伴有液相的產(chǎn)生，因此在發(fā)生吸熱融熔時會給織物外觀帶來類似油浸狀的負面影響，從而降低了利用該法制成的產(chǎn)品服用性能，通常采用降低織物上相變材料含量的方法來解決這一問題，但這同樣會降低織物的調(diào)溫效果。
溶膠—凝膠法是一種可以制備從零維到三維材料的全維材料濕化學(xué)制備反應(yīng)方法。該方法是利用液體化學(xué)試劑(或?qū)⒎蹱钤噭┤苡谌軇┲?或溶膠為原料，以該原料作為反應(yīng)物而在液相下均勻混合并進行反應(yīng)，反應(yīng)生成物是穩(wěn)定的溶膠體系，經(jīng)放置一定時間轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，然后借助蒸發(fā)除去液體介質(zhì)即可成型為所需制品。目前該方法已廣泛應(yīng)用于電子、復(fù)合材料、生物、陶瓷、光學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)以及環(huán)境處理等諸多領(lǐng)域，但將凝膠與相變材料復(fù)合后應(yīng)用于紡織品而制成智能調(diào)溫紡織品到目前為止尚未見報道。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種相變過程中無液態(tài)相變材料析出，因而不會對紡織品的外觀造成負面影響的智能調(diào)溫紡織品。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種上述智能調(diào)溫紡織品的制備方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供的智能調(diào)溫紡織品是將正硅酸乙酯、無水乙醇和蒸餾水以4～6∶4～20∶0.7～5.7的重量比在常溫下水解聚合成二氧化硅網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，然后加入占上述凝膠20～45％重量比的醇類相變材料而制成復(fù)合相變材料，最后將上述復(fù)合相變材料與粘合劑以1∶1～4的重量比混合后并調(diào)成涂料而涂布在紡織面料的表面而制成。
所述的醇類相變材料為十四醇、十二醇或十醇。
所述的粘合劑為丙烯酸酯類化合物。
所述的復(fù)合相變材料在紡織面料表面的涂布量為10～60g/m2。
所述的紡織面料為滌/棉平紋織物或棉織物。
本發(fā)明提供的智能調(diào)溫紡織品的制備方法是按照下列步驟順序進行1)將正硅酸乙酯、無水乙醇和蒸餾水以4～6∶4～20∶0.7～5.7的重量比在常溫下混合，然后在40-80℃的溫度下攪拌10-20分鐘；2)將上述混合液的pH值調(diào)至1～5后繼續(xù)攪拌30分鐘而制成二氧化硅網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠；3)在上述凝膠中加入占凝膠20～45％重量比的熔融醇類相變材料并繼續(xù)攪拌80-110分鐘，然后在50-90℃的溫度下烘干至恒重而得到固態(tài)復(fù)合相變材料；4)將上述復(fù)合相變材料粉碎至50～500微米的細度，并與丙烯酸酯類粘合劑以1∶1～4的重量比混合，然后加入水調(diào)制成10～14厘泊(25℃)粘度的涂料；5)將上述涂料以10～60g/m2的涂布量涂布在紡織面料的表面，然后在80～100℃的溫度下預(yù)烘3分鐘，最后在120～130℃的溫度下焙烘3分鐘即制成智能調(diào)溫紡織品。
本發(fā)明提供的智能調(diào)溫紡織品是將有機相變材料先嵌入到導(dǎo)熱系數(shù)較高的二氧化硅三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠中而制成納米至微米級的復(fù)合相變材料，然后將復(fù)合相變材料與粘合劑混合后涂布在紡織面料的表面而制成，其可利用凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來抑制相變過程中液態(tài)相變材料的析出，從而不會對紡織品的外觀造成類似油浸狀的負面影響，而且復(fù)合相變材料的性能穩(wěn)定且具有較高的相變焓及適宜的調(diào)溫區(qū)間。另外，該制備方法工藝過程簡單，對設(shè)備的要求低，而且反應(yīng)過程容易控制。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的智能調(diào)溫紡織品及其制備方法進行詳細說明。下面所有實施例中所用的紡織面料均為滌/棉平紋織物(28tex×28tex，256根/10cm×204根/10cm)。
實施例1將5.21g正硅酸乙酯、16g無水乙醇和3.15g蒸餾水于容器中混合，然后在60℃的溫度下攪拌15min，用鹽酸將該混合液的pH值調(diào)至3，繼續(xù)攪拌30min而制成二氧化硅網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，然后在該凝膠中加入12.34g熔融的十四醇，繼續(xù)攪拌105min后置于80℃的烘箱中烘干至恒重而得到固態(tài)復(fù)合相變材料。將上述固態(tài)復(fù)合相變材料粉碎成大約250微米粒度的粉末，然后將其與作為粘合劑的a一氰基丙烯酸酯以4∶6的重量比混合，然后加入水調(diào)制成12厘泊(25℃)粘度的涂料。將上述涂料以40g/m2的涂布量涂布在紡織面料的表面，然后在100℃的溫度下預(yù)烘3分鐘，最后在120℃的溫度下焙烘3分鐘即制成智能調(diào)溫紡織品。
本發(fā)明提供的智能調(diào)溫紡織品是以復(fù)合相變材料的相變焓來衡量其調(diào)溫性能，本實施例中十四醇/二氧化硅復(fù)合相變材料的相變焓為195.29J/g，相變溫度為44.86℃。
實施例2將實施例1中的正硅酸乙酯、無水乙醇、蒸餾水及十四醇的用量分別變?yōu)?.46g、12.2g、3.35g、12.11g，其它條件不變。本實施例中復(fù)合相變材料的相變焓為170.06J/g，相變溫度為43.41℃。
實施例3將實施例1中的正硅酸乙酯、無水乙醇、蒸餾水及十四醇的用量分別變?yōu)?.39g、8.7g、3.28g、8.5g，其它條件不變。本實施例中復(fù)合相變材料的相變焓為147.65J/g，相變溫度為43.90℃。
實施例4將實施例1中的相變材料改為十二醇，用量為8.1g，乙醇無水用量改為12g，其他條件不變。本實施例中復(fù)合相變材料的相變焓為114.76J/g，相變溫度為30.29℃。
實施例5將實施例1中的相變材料改為十醇，用量為12.34g，其它條件不變。本實施例中復(fù)合相變材料的相變焓為138.02J/g，相變溫度為14.77℃。
實施例6將實施例1中的相變材料改為十醇，用量為5g，無水乙醇的用量改為10g，其它條件不變。本實施例中復(fù)合相變材料的相變焓為56.08J/g，相變溫度為13.64℃。
權(quán)利要求
1.一種智能調(diào)溫紡織品，其特征在于所述的智能調(diào)溫紡織品是將正硅酸乙酯、無水乙醇和蒸餾水以4～6∶4～20∶0.7～5.7的重量比在常溫下水解聚合成二氧化硅網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，然后加入占上述凝膠20～45％重量比的醇類相變材料而制成復(fù)合相變材料，最后將上述復(fù)合相變材料與粘合劑以1∶1～4的重量比混合后并調(diào)成涂料而涂布在紡織面料的表面而制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能調(diào)溫紡織品，其特征在于所述的醇類相變材料為十四醇、十二醇或十醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能調(diào)溫紡織品，其特征在于所述的粘合劑為丙烯酸酯類化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能調(diào)溫紡織品，其特征在于所述的復(fù)合相變材料在紡織面料表面的涂布量為10～60g/m2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能調(diào)溫紡織品，其特征在于所述的紡織面料為滌/棉平紋織物或棉織物。
6.一種如權(quán)利要求1所述的智能調(diào)溫紡織品的制備方法，其特征在于所述的智能調(diào)溫紡織品的制備方法是按照下列步驟順序進行1)將正硅酸乙酯、無水乙醇和蒸餾水以4～6∶4～20∶0.7～5.7的重量比在常溫下混合，然后在40-80℃的溫度下攪拌10-20分鐘；2)將上述混合液的pH值調(diào)至1～5后繼續(xù)攪拌30分鐘而制成二氧化硅網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠；3)在上述凝膠中加入占凝膠20～45％重量比的熔融醇類相變材料并繼續(xù)攪拌80-110分鐘，然后在50-90℃的溫度下烘干至恒重而得到固態(tài)復(fù)合相變材料；4)將上述復(fù)合相變材料粉碎至50～500微米的細度，并與丙烯酸酯類粘合劑以1∶1～4的重量比混合，然后加入水調(diào)制成10～14厘泊(25℃)粘度的涂料；5)將上述涂料以10～60/m2的涂布量涂布在紡織面料的表面，然后在80～100℃的溫度下預(yù)烘3分鐘，最后在120～130℃的溫度下焙烘3分鐘即制成智能調(diào)溫紡織品。
全文摘要
一種智能調(diào)溫紡織品及其制備方法。智能調(diào)溫紡織品將正硅酸乙酯、無水乙醇和蒸餾水常溫水解聚合成二氧化硅網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠，然后加入醇類相變材料而制成復(fù)合相變材料，最后將復(fù)合相變材料與粘合劑混合后涂布在紡織面料的表面而制成。本發(fā)明的智能調(diào)溫紡織品是將相變材料嵌入到導(dǎo)熱系數(shù)較高的二氧化硅三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠中而制成納米至微米級的復(fù)合相變材料，然后將復(fù)合相變材料涂布在紡織面料的表面而制成，其利用凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)抑制相變過程中液態(tài)相變材料的析出，從而不會對紡織品的外觀造成類似油浸狀的負面影響，而且復(fù)合相變材料的性能穩(wěn)定且具有較高的相變焓及適宜的調(diào)溫區(qū)間。另外，制備方法工藝過程簡單，對設(shè)備要求低，且反應(yīng)過程容易控制。
文檔編號D06M15/643GK101070679SQ20071005749
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月30日
發(fā)明者馬曉光, 李俊升, 李樺, 張曉林 申請人:天津工業(yè)大學(xué)