專利名稱：具有智能調(diào)溫功能的絮片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有智能調(diào)溫功能的絮片及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)絮片是由天然棉，絲纖維或人工合成纖維制成的，其原理是利用纖維紡織或編織后形成的空隙或者夾層，隔絕內(nèi)外的空氣流動，達(dá)到保溫的目的。維持人體溫度的恒定，并感覺舒適，是服飾的第一要求。隨著生活水平的不斷提高，人們對被子、衣服的使用及穿著要求也越來越高，然而現(xiàn)在用于被子、衣服的絮片已經(jīng)無法滿足這些要求。理想的被子、衣服應(yīng)該是既輕薄，又暖和，最好能夠春、夏、秋、冬都可以使用。而傳統(tǒng)絮片對這些要求往往無能為力。面對日常生活中常常出現(xiàn)的氣溫變化(早晚溫差、晴雨、驟起大風(fēng)、暴曬和陰涼、從室內(nèi)到室外、從有空調(diào)環(huán)境到無空調(diào)環(huán)境等等)，尤其當(dāng)溫度變化在士5°C以上時，人們往往因為肌體不能迅速適應(yīng)而導(dǎo)致疾病，特別是體溫調(diào)節(jié)能力較差的老幼病弱者，損害更為嚴(yán)重。面對這些問題，傳統(tǒng)絮片更是一籌莫展。傳統(tǒng)絮片可以做到保暖，但是以犧牲被子、衣服的輕和薄，犧牲便捷和美感為代價的。而且傳統(tǒng)絮片的保溫原理，決定了其只能單向地保溫，無法雙向調(diào)節(jié)體表微環(huán)境的溫度，也就是無法實現(xiàn)響應(yīng)環(huán)境溫度而升溫，或降溫。為達(dá)到這樣的目的，人們做出了孜孜不倦的努力。中國專利ZL032055579提出在衣物上水冷降溫，中國專利ZL92105520. X提出內(nèi)裝水合鹽，利用電熱儲能調(diào)節(jié)衣物溫度，中國專利ZL00218640. 3提出在服裝上設(shè)置太陽能電池等控制衣物溫度。上述專利雖然指出了理論上可行的方案，但是效率較差，裝置復(fù)雜，外形臃腫，還有可能存在對人體的潛在危險，比如觸電等等。在國外，具有雙向調(diào)溫功能的服飾已經(jīng)取得重大突破，各種相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)有了報道。其中倍受注目的是相變調(diào)溫材料。這種材料在環(huán)境溫度升高時熔化由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，同時吸收環(huán)境中的大量熱量；而在環(huán)境溫度降低時，發(fā)生凝固，由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，同時放出大量熱量，這種材料如果用在紡織領(lǐng)域，就可能對體表和織物間的微環(huán)境的溫度起到調(diào)節(jié)作用。然而這些材料在實際生產(chǎn)和應(yīng)用中還有一些問題沒有解決。我國的相關(guān)部門和科研人員也不甘落后，積極開展了調(diào)溫功能服飾的研究，并取得了不錯的實驗成果。如天津工業(yè)大學(xué)以低溫相變材料為芯，丙綸為皮，通過熔融皮芯復(fù)合紡絲，得到了有熱能存儲和釋放功能的纖維材料。再如，中國發(fā)明專利CN00105563. 1提出了一種雙向高溫的復(fù)合軟體材料，以海藻纖維素為主要原料，摻入相變毫微囊球，通過濕纖法制成纖維，再進(jìn)一步加工成絮片；或者將相變毫微囊球，加入到溶有丙烯酸甲酯的二甲基甲酰胺中，再引發(fā)聚合，得到混合腈綸聚合物溶液，再進(jìn)一步紡絲制成調(diào)溫功能的復(fù)合材料?？梢钥吹皆摲椒ǖ膶崿F(xiàn)過程比較復(fù)雜，而且使用了大量的有機溶劑，顯然是不環(huán)保的。再如，中國實用新型專利CN201020170181.X，提出了一種雙向高溫儲能床墊；以及中國發(fā)明專利CN201010175141. 9，提出一種具有調(diào)溫功能的被芯。上述兩個專利的實現(xiàn)方法雖然不同，但其核心思想，都是通過利用調(diào)溫纖維，再將這些調(diào)溫纖維制成絮片來實現(xiàn)的。上述方法使用的調(diào)溫纖維，只適用于少數(shù)幾種材料如丙綸，腈綸等，對天然纖維如羊毛，蠶絲等無能為力，而并不能覆蓋所有的纖維種類，并且制造過程復(fù)雜，成本也比較高，不利于實際推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有智能調(diào)溫功能的絮片，及其制備方法。這種絮片可以智能地對環(huán)境溫度進(jìn)行響應(yīng)，隨環(huán)境溫度的升高或降低進(jìn)行相應(yīng)地?zé)崃课沾鎯歪尫?，從而實現(xiàn)微環(huán)境溫度的雙向調(diào)節(jié)。本發(fā)明提供一種具有調(diào)溫功能的絮片，這種絮片是由相變材料與動物纖維、植物纖維、人造纖維和/或合成纖維利用纖維紡織或編織后形成的絮片基材，通過一定方式復(fù)合形成；所述復(fù)合通過浸軋、浸泡吸水、噴霧噴灑、涂敷中的工藝之一或其任意組合實現(xiàn)。本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片優(yōu)選上述相變材料為相變溫度范圍為5-85°C、相變潛熱為100j90J/g的有機相變材料。進(jìn)一步地，本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片優(yōu)選上述相變材料為相變石蠟、C14-22的正構(gòu)烷烴、C8-18的脂肪醇或C8-18的脂肪酸及其酯中的任意一種或其任意組合。進(jìn)一步地，本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片優(yōu)選上述相變材料為輕質(zhì)石蠟、20#相變石蠟、25#相變石蠟、30#相變石蠟、十六烷、十八烷、二十烷、硬酯酸正丁酯中的任意一種或其任意組合。進(jìn)一步地，本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片優(yōu)選上述相變材料為微粉、乳液或其他形式的固液混合分散體系。進(jìn)一步地，本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片優(yōu)選上述相變材料為相變儲能微膠囊或納膠囊形式，尺度范圍為IOnm-IOOO μ m。另外，本發(fā)明還涉及具有調(diào)溫功能的絮片的制備方法，對絮片基材采用浸軋、浸泡吸水、噴霧噴灑和/或涂敷工藝，使相變材料與基材纖維間發(fā)生物理吸附或粘接，或者通過生成化學(xué)鍵結(jié)合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明的絮片材料具有智能雙向調(diào)溫功能，即可隨環(huán)境變化而進(jìn)行吸熱或放熱，從而達(dá)到調(diào)節(jié)微環(huán)境溫度的目的。2、本發(fā)明的調(diào)節(jié)溫度原理與傳統(tǒng)絮片有著本質(zhì)的區(qū)別，較好地解決了衣物輕薄化與溫度調(diào)節(jié)的問題。3、利用本發(fā)明，可以制作出更薄的衣物，這意味著原材料的節(jié)省；同時，本發(fā)明的實現(xiàn)對復(fù)雜機械以及繁復(fù)的工藝依賴性小。因此本發(fā)明更加經(jīng)濟，更加富有實效。4、本發(fā)明的方案適用范圍廣，普遍適用于各種天然纖維、人造纖維及合成纖維。5、本發(fā)明可廣泛用于運動服、風(fēng)衣、夾克、防寒服、大衣、防寒鞋靴、被褥等。本發(fā)明可制成樣式美觀、輕暖舒適的服裝。但也不局限于紡織領(lǐng)域，還可進(jìn)一步運用于建筑節(jié)能，工業(yè)余熱和廢熱的回收利用，隔熱防火，以及儀器設(shè)備的維護(hù)，醫(yī)療保健等諸多領(lǐng)域。


圖1是顯示本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片中相變材料與絮片基材結(jié)合方式的圖。
具體實施例方式本發(fā)明旨在提供一種具有調(diào)溫功能的絮片，這種絮片由相變材料與絮片基材通過一定方式復(fù)合形成。這里的復(fù)合可以通過浸軋、浸泡吸水、噴霧噴灑、涂敷中的工藝之一或其任意組合實現(xiàn)。本發(fā)明所涉及的相變材料與絮片基材的復(fù)合，是指相變材料在絮片或絮片纖維的表面，或絮片纖維之間，絮片或絮片纖維片層與片層之間，通過物理化學(xué)作用進(jìn)行的復(fù)合。本發(fā)明的方案與已有發(fā)明專利中所描述的以相變材料為芯材、以其他材料如聚合物等為壁材或皮層，通過靜電紡絲、溶液紡絲等方法，直接將相變材料包覆在纖維中制成的調(diào)溫纖維有著根本的不同。上述絮片基材可以是動物纖維、植物纖維、人造纖維和/或合成纖維利用纖維紡織或編織后形成的材料。例如上述絮片基材可以是a)動、植物纖維，如棉、麻、蠶絲、羊毛、羊絨等；b)人造纖維，如粘膠纖維、銅氨纖維、醋酸纖維等；c)合成纖維，如聚酯纖維、聚丙烯腈纖維、聚酰胺纖維等中的任意一種或其任意組合經(jīng)紡織或紡織加工而成。但上述材料不包括現(xiàn)有方法制作的調(diào)溫纖維，即通過靜電紡絲、溶液紡絲等方法，直接將相變材料包覆在纖維中制成的調(diào)溫纖維不在此列。上述相變材料通常選擇有機相變材料，相變溫度范圍為5_85°C、相變潛熱為100j90J/g。這種相變材料例如包括相變石蠟、C14-22的正構(gòu)烷烴、C8-18的脂肪醇或C8-18的脂肪酸及其酯中的任意一種或其任意組合。分別優(yōu)選為輕質(zhì)石蠟、20#相變石蠟、25#相變石蠟、30#相變石蠟、十六烷、十八烷、二十烷、硬酯酸正丁酯等。上述相變材料也可以是將相變材料進(jìn)一步定型化，如聚乙烯-石蠟相變儲能材料，陶粒-石蠟相變儲能材料等的微粉、乳液以及其他形式固液混合分散體系。還可以是將相變材料進(jìn)一步通過各種方法制備的相變儲能微膠囊或納膠囊，其尺度范圍為IOnm-IOOO μ m，包括微膠囊的粉劑、乳液以及其他形式固液混合分散體系等。本發(fā)明的具有智能調(diào)溫功能的絮片可以通過下述任一方法來制備在絮片基材的加工或生產(chǎn)過程中，采用浸軋、浸泡吸水、噴霧噴灑、涂敷等物理或化學(xué)方法，使相變材料與絮片纖維間發(fā)生物理吸附或粘接，或者通過生成化學(xué)鍵將相變材料與絮片纖維結(jié)合，將上述相變材料復(fù)合添加到絮片的表面(如附圖1中A)，或絮片纖維片層與片層之間(如附圖1中B)，或絮片纖維與纖維之間(如附圖1中C)，即得到本發(fā)明的具有智能調(diào)溫功能的絮片；在絮片基材的加工或生產(chǎn)完成后，對絮片基材采用浸軋、浸泡吸水、噴霧噴灑、涂敷等物理或化學(xué)方法，使相變材料與絮片纖維間發(fā)生物理吸附或粘接，或者通過生成化學(xué)鍵將相變材料與絮片纖維結(jié)合，將上述相變材料復(fù)合添加到絮片的表面(如附圖1中A)，或絮片纖維片層與片層之間(如附圖1中B)，或絮片纖維與纖維之間(如附圖1中C)，即得到本發(fā)明的具有智能調(diào)溫功能的絮片。在上述工藝的實現(xiàn)過程中，可以根據(jù)實際情況加入各種添加劑，如粘合劑，優(yōu)選不含甲醛的環(huán)保粘合劑，如陰離子型潤濕劑，如烷基硫酸鹽、琥珀酸基酯磺酸鹽、琥珀酰胺酸烷基酯磺酸鹽、烷基磺基琥珀酰胺等化合物中的一種或其任意組合，優(yōu)選這些化合物碳原子數(shù)為6-24，并且，可以對這些化合物進(jìn)行乙氧基化或丙氧基化，優(yōu)選乙氧基化程度在1-50間。再如粘度調(diào)節(jié)劑，可以是有機鹽或無機鹽，有機鹽如尿素、尿素衍生物或氨基酸，無機鹽如氯化鈉、氯化鎂等堿金屬鹽或堿土金屬鹽，優(yōu)選為無機鹽。本發(fā)明的添加劑也包括絮片加工或織物整理中常用的其他添加劑。下面通過實施例更具體地說明本發(fā)明的絮片。實施例1 將200g相變微膠囊材料分散體(該分散體為乳液，即相變微膠囊分散在水或其它溶劑中，主要成分是囊芯為相變烷烴，殼層為脲醛樹脂，或如聚氨酯等其他聚合物，粒徑大小控制在100納米到1000微米間，制備方法可參照文章Journal of Applied PolymerScience, 2005,97 390 ；Colloidal and Polymer Science，280 :290)，與 800g 蒸溜水、1. 5g聚丙烯鈉和2g琥珀酸二烷基酯磺酸鹽混合均勻，直到無明顯固體物質(zhì)。用商業(yè)可得的泵式噴涂瓶，以噴霧方式將上述所得的分散體系均勻噴涂到用傳統(tǒng)工藝方法制得的絮片上，本例中選用了市售羊絨絮片和市售絮片噴膠棉，噴涂量為絮片材料質(zhì)量的20%，然后對噴涂處理的絮片進(jìn)行100°C烘干，即可得到本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片。經(jīng)掃描電子顯微鏡表征，大多數(shù)相變材料復(fù)合在絮片材料的表面纖維上；經(jīng)差熱掃描量熱法分析得知，所得具有調(diào)溫功能羊絨絮片材料結(jié)晶焓變?yōu)?1. ^J/g，熔融焓為19. 23J/g ；所得調(diào)溫功能的噴膠棉絮片結(jié)晶焓為33. 65J/g，熔融焓為32. 02J/g。實施例2 各纖維原料質(zhì)量配比如下 羽絨(鴨絨或鵝絨、)30%,聚酯纖維62%，粘結(jié)纖維(聚丙烯纖維)8%。將相變材料乳液與粘合劑(無甲醛環(huán)保粘合劑，選用易暉化工PUD水性聚氨酯復(fù)合膠粘劑，或東方羅門哈斯ST%4型水性粘合劑等)，按質(zhì)量比9 1進(jìn)行均勻混合。其中，相變材料乳液配方(質(zhì)量份)為570份相變石蠟200 份 sz25010 (polyscope)的氨水溶液(固含量 15% )230份去離子水將原料纖維進(jìn)行混合，對混合的纖維進(jìn)行梳理，鋪網(wǎng)，形成纖網(wǎng)后，對纖網(wǎng)進(jìn)行牽伸。用相變材料與粘合劑混合液對纖網(wǎng)兩面進(jìn)行噴灑，噴灑量為纖網(wǎng)質(zhì)量的15%。將纖網(wǎng)送入150°C烘箱，使粘結(jié)纖維表層熔化，并將其周圍纖維粘結(jié)，同時也將相變材料與纖維進(jìn)行粘接。即可得到本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片。通過掃描電子顯微鏡表征，大多數(shù)相變材料在絮片纖維的層間復(fù)合；差熱掃描量熱法的測試表明，該調(diào)溫功能絮片的結(jié)晶焓值為13. 90J/g，熔融焓值為12. 87J/g。實施例3 各纖維原料質(zhì)量配比如下羽絨(鴨絨或鵝絨、)30%,聚酯纖維62%，粘結(jié)纖維(聚丙烯纖維)8%。將原料纖維進(jìn)行混合，對混合的纖維進(jìn)行梳理，鋪網(wǎng)，形成纖網(wǎng)后，對纖網(wǎng)進(jìn)行牽伸。對纖網(wǎng)兩面進(jìn)行噴灑粘合劑(不含甲醛的環(huán)保粘合劑，選用易暉化工PUD水性聚氨酯復(fù)合膠粘劑，或東方羅門哈斯ST%4型水性粘合劑等)，噴灑量為纖網(wǎng)質(zhì)量的10%。
將相變材料粉劑(該粉劑是以十二醇為囊芯，以脲醛樹脂為殼層材料的微膠囊粉體，通過下述文獻(xiàn)所述方法制得，再過濾得到的粉體，粉劑粒徑在2到50微米，制備方法參見《功能材料》，2005，11(36)，1722)噴灑在纖網(wǎng)上，使相變材料在粘合劑作用下，與纖維初步粘合。再將纖網(wǎng)送入150°C烘箱，使粘結(jié)纖維表層熔化，并將其周圍纖維粘結(jié)，同時也將相變材料與纖維進(jìn)行粘接。即可得到本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片。通過掃描電子顯微鏡表征，大多數(shù)相變材料在絮片纖維的層間復(fù)合；差熱掃描量熱法的測試表明，該調(diào)溫功能絮片的結(jié)晶焓值為9. 14J/g，熔融焓值為7. 87J/g。實施例4 各纖維原料質(zhì)量配比如下羊絨20 %，兔絨20 %，聚酯纖維50 %，粘結(jié)纖維(聚丙烯纖維)10 %。將相變材料乳液(制備方法同實施例幻與粘合劑(無甲醛環(huán)保粘合劑，選用易暉化工PUD水性聚氨酯復(fù)合膠粘劑，或東方羅門哈斯ST%4型水性粘合劑等)，按質(zhì)量比9 1進(jìn)行均勻混合。將羊毛、兔毛進(jìn)行混合，對混合的動物纖維，用相變材料與粘合劑混合液進(jìn)行浸泡處理。接著將浸泡的動物纖維進(jìn)行甩干處理，然后在70°C中烘干。將烘干的動物纖維與聚酯纖維、粘結(jié)纖維混合，進(jìn)行對混合的纖維進(jìn)行梳理，鋪網(wǎng)，形成纖網(wǎng)后，對纖網(wǎng)進(jìn)行牽伸。對纖網(wǎng)兩面噴灑粘合劑，噴灑量為纖網(wǎng)質(zhì)量的15%。將纖網(wǎng)送入150°C烘箱，使粘結(jié)纖維表層熔化，并將其周圍纖維粘結(jié)，即可得到本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片。通過掃描電子顯微鏡表征，大多數(shù)相變材料在絮片纖維與纖維之間復(fù)合；差熱掃描量熱法的測試表明，該調(diào)溫功能絮片的結(jié)晶焓值為10. 90J/g，熔融焓值為9. 12J/g。上述各實施例制備的本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片與現(xiàn)有的此類材料相比具有非常優(yōu)異的效果，對比如下中國實用新型專利CN201020170181.X提出了一種雙向高溫儲能床墊；以及中國發(fā)明專利CN201010175141. 9提出了一種具有調(diào)溫功能的被芯，這兩個方案是現(xiàn)有技術(shù)方法中的杰出代表。上述兩個專利的實現(xiàn)方法雖然不同，但其核心思想，都是通過利用調(diào)溫纖維，再將這些調(diào)溫纖維制成絮片來實現(xiàn)的。上述方法使用的調(diào)溫纖維，只適用于少數(shù)幾種材料如丙綸，腈綸等，對天然纖維如羊毛，蠶絲等無能為力，不能覆蓋所有的纖維種類。而且，這些種類的調(diào)溫纖維，其實質(zhì)是以相變材料為芯材，以其他材料如聚合物等為壁材或皮層，通過靜電紡絲，溶液紡絲等方法，直接將相變材料包覆在纖維中制成的。制造過程復(fù)雜，往往需要復(fù)雜并且昂貴的設(shè)備和裝置。用這些方案再制成具有調(diào)溫功能的絮片，往往需要增加工序和設(shè)備，大幅改變現(xiàn)有絮片的制作工藝，無形中增加了成本，不利于實際推廣使用。相比之下，本發(fā)明的具有調(diào)溫功能的絮片可以較小幅度改變絮片制作工藝的情況下，無需增加復(fù)雜的設(shè)備，通過條件溫和的浸軋，或浸泡吸水，或噴霧噴灑，或涂敷等工藝，簡單的物理化學(xué)過程實現(xiàn)。并且，本發(fā)明方案的普適性強，不但可以適用于如棉，麻，蠶絲，羊毛，羊絨等動、植物纖維；而且對于粘膠纖維，銅氨纖維，醋酸纖維等人造纖維，以及聚酯纖維，聚丙烯腈纖維，聚酰胺纖維等合成纖維，同樣適用。
權(quán)利要求
1.一種具有調(diào)溫功能的絮片，所述絮片由相變材料與動物纖維、植物纖維、人造纖維和/或合成纖維利用纖維紡織或編織后形成的絮片基材，通過一定方式復(fù)合形成；所述復(fù)合通過浸軋、浸泡吸水、噴霧噴灑、涂敷中的工藝之一或其任意組合實現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有調(diào)溫功能的絮片，其中所述相變材料為相變溫度范圍為5-85°C、相變潛熱為100j90J/g的有機相變材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有調(diào)溫功能的絮片，其中所述相變材料為相變石蠟、C14-22的正構(gòu)烷烴、C8-18的脂肪醇或C8-18的脂肪酸及其酯中的任意一種或其任意組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有調(diào)溫功能的絮片，其中所述相變材料為輕質(zhì)石蠟、20#相變石蠟、25#相變石蠟、30#相變石蠟、十六烷、十八烷、二十烷、硬酯酸正丁酯中的任意一種或其任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有調(diào)溫功能的絮片，其中相變材料為微粉、乳液或其他形式的固液混合分散體系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有調(diào)溫功能的絮片，其中所述相變材料為相變儲能微膠囊或納膠囊形式，尺度范圍為IOnm-IOOO μ m。
7.一種具有調(diào)溫功能的絮片的制備方法，在絮片基材的加工或生產(chǎn)過程中，采用浸軋、浸泡吸水、噴霧噴灑和/或涂敷工藝，使相變材料與基材纖維間發(fā)生物理吸附或粘接，或者通過生成化學(xué)鍵結(jié)合。
8.一種具有調(diào)溫功能的絮片的制備方法，在絮片基材的加工或生產(chǎn)完成后，采用浸軋、浸泡吸水、噴霧噴灑和/或涂敷工藝，使相變材料與基材纖維間發(fā)生物理吸附或粘接，或者通過生成化學(xué)鍵結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種具有智能調(diào)溫功能的絮片及其制備方法，所述絮片是由相變材料與動物纖維、植物纖維、人造纖維和/或合成纖維利用纖維紡織或編織后形成的絮片基材，通過一定方式復(fù)合形成；所述復(fù)合通過浸軋、浸泡吸水、噴霧噴灑、涂敷中的工藝之一或其任意組合實現(xiàn)。這種絮片可以智能地對環(huán)境溫度進(jìn)行響應(yīng)，隨環(huán)境溫度的升高或降低進(jìn)行相應(yīng)地?zé)崃课沾鎯歪尫?，從而實現(xiàn)微環(huán)境溫度的雙向調(diào)節(jié)。
文檔編號D06M101/32GK102561027SQ20111043924
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者沈軻, 王智, 贠浩然, 陶镕 申請人:宏大研究院有限公司