专利名称：具有智能调温功能的絮片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有智能调温功能的絮片及其制备方法。
背景技术：
传统絮片是由天然棉，丝纤维或人工合成纤维制成的，其原理是利用纤维纺织或编织后形成的空隙或者夹层，隔绝内外的空气流动，达到保温的目的。维持人体温度的恒定，并感觉舒适，是服饰的第一要求。随着生活水平的不断提高，人们对被子、衣服的使用及穿着要求也越来越高，然而现在用于被子、衣服的絮片已经无法满足这些要求。理想的被子、衣服应该是既轻薄，又暖和，最好能够春、夏、秋、冬都可以使用。而传统絮片对这些要求往往无能为力。面对日常生活中常常出现的气温变化(早晚温差、晴雨、骤起大风、暴晒和阴凉、从室内到室外、从有空调环境到无空调环境等等)，尤其当温度变化在士5°C以上时，人们往往因为肌体不能迅速适应而导致疾病，特别是体温调节能力较差的老幼病弱者，损害更为严重。面对这些问题，传统絮片更是一筹莫展。传统絮片可以做到保暖，但是以牺牲被子、衣服的轻和薄，牺牲便捷和美感为代价的。而且传统絮片的保温原理，决定了其只能单向地保温，无法双向调节体表微环境的温度，也就是无法实现响应环境温度而升温，或降温。为达到这样的目的，人们做出了孜孜不倦的努力。中国专利ZL032055579提出在衣物上水冷降温，中国专利ZL92105520. X提出内装水合盐，利用电热储能调节衣物温度，中国专利ZL00218640. 3提出在服装上设置太阳能电池等控制衣物温度。上述专利虽然指出了理论上可行的方案，但是效率较差，装置复杂，外形臃肿，还有可能存在对人体的潜在危险，比如触电等等。在国外，具有双向调温功能的服饰已经取得重大突破，各种相关产品已经有了报道。其中倍受注目的是相变调温材料。这种材料在环境温度升高时熔化由固态转变为液态，同时吸收环境中的大量热量；而在环境温度降低时，发生凝固，由液态变为固态，同时放出大量热量，这种材料如果用在纺织领域，就可能对体表和织物间的微环境的温度起到调节作用。然而这些材料在实际生产和应用中还有一些问题没有解决。我国的相关部门和科研人员也不甘落后，积极开展了调温功能服饰的研究，并取得了不错的实验成果。如天津工业大学以低温相变材料为芯，丙纶为皮，通过熔融皮芯复合纺丝，得到了有热能存储和释放功能的纤维材料。再如，中国发明专利CN00105563. 1提出了一种双向高温的复合软体材料，以海藻纤维素为主要原料，掺入相变毫微囊球，通过湿纤法制成纤维，再进一步加工成絮片；或者将相变毫微囊球，加入到溶有丙烯酸甲酯的二甲基甲酰胺中，再引发聚合，得到混合腈纶聚合物溶液，再进一步纺丝制成调温功能的复合材料。可以看到该方法的实现过程比较复杂，而且使用了大量的有机溶剂，显然是不环保的。再如，中国实用新型专利CN201020170181.X，提出了一种双向高温储能床垫；以及中国发明专利CN201010175141. 9，提出一种具有调温功能的被芯。上述两个专利的实现方法虽然不同，但其核心思想，都是通过利用调温纤维，再将这些调温纤维制成絮片来实现的。上述方法使用的调温纤维，只适用于少数几种材料如丙纶，腈纶等，对天然纤维如羊毛，蚕丝等无能为力，而并不能覆盖所有的纤维种类，并且制造过程复杂，成本也比较高，不利于实际推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有智能调温功能的絮片，及其制备方法。这种絮片可以智能地对环境温度进行响应，随环境温度的升高或降低进行相应地热量吸收存储和释放，从而实现微环境温度的双向调节。本发明提供一种具有调温功能的絮片，这种絮片是由相变材料与动物纤维、植物纤维、人造纤维和/或合成纤维利用纤维纺织或编织后形成的絮片基材，通过一定方式复合形成；所述复合通过浸轧、浸泡吸水、喷雾喷洒、涂敷中的工艺之一或其任意组合实现。本发明的具有调温功能的絮片优选上述相变材料为相变温度范围为5-85°C、相变潜热为100j90J/g的有机相变材料。进一步地，本发明的具有调温功能的絮片优选上述相变材料为相变石蜡、C14-22的正构烷烃、C8-18的脂肪醇或C8-18的脂肪酸及其酯中的任意一种或其任意组合。进一步地，本发明的具有调温功能的絮片优选上述相变材料为轻质石蜡、20#相变石蜡、25#相变石蜡、30#相变石蜡、十六烷、十八烷、二十烷、硬酯酸正丁酯中的任意一种或其任意组合。进一步地，本发明的具有调温功能的絮片优选上述相变材料为微粉、乳液或其他形式的固液混合分散体系。进一步地，本发明的具有调温功能的絮片优选上述相变材料为相变储能微胶囊或纳胶囊形式，尺度范围为IOnm-IOOO μ m。另外，本发明还涉及具有调温功能的絮片的制备方法，对絮片基材采用浸轧、浸泡吸水、喷雾喷洒和/或涂敷工艺，使相变材料与基材纤维间发生物理吸附或粘接，或者通过生成化学键结合。与现有技术相比，本发明的具有调温功能的絮片具有如下优点1、本发明的絮片材料具有智能双向调温功能，即可随环境变化而进行吸热或放热，从而达到调节微环境温度的目的。2、本发明的调节温度原理与传统絮片有着本质的区别，较好地解决了衣物轻薄化与温度调节的问题。3、利用本发明，可以制作出更薄的衣物，这意味着原材料的节省；同时，本发明的实现对复杂机械以及繁复的工艺依赖性小。因此本发明更加经济，更加富有实效。4、本发明的方案适用范围广，普遍适用于各种天然纤维、人造纤维及合成纤维。5、本发明可广泛用于运动服、风衣、夹克、防寒服、大衣、防寒鞋靴、被褥等。本发明可制成样式美观、轻暖舒适的服装。但也不局限于纺织领域，还可进一步运用于建筑节能，工业余热和废热的回收利用，隔热防火，以及仪器设备的维护，医疗保健等诸多领域。
图1是显示本发明的具有调温功能的絮片中相变材料与絮片基材结合方式的图。
具体实施例方式本发明旨在提供一种具有调温功能的絮片，这种絮片由相变材料与絮片基材通过一定方式复合形成。这里的复合可以通过浸轧、浸泡吸水、喷雾喷洒、涂敷中的工艺之一或其任意组合实现。本发明所涉及的相变材料与絮片基材的复合，是指相变材料在絮片或絮片纤维的表面，或絮片纤维之间，絮片或絮片纤维片层与片层之间，通过物理化学作用进行的复合。本发明的方案与已有发明专利中所描述的以相变材料为芯材、以其他材料如聚合物等为壁材或皮层，通过静电纺丝、溶液纺丝等方法，直接将相变材料包覆在纤维中制成的调温纤维有着根本的不同。上述絮片基材可以是动物纤维、植物纤维、人造纤维和/或合成纤维利用纤维纺织或编织后形成的材料。例如上述絮片基材可以是a)动、植物纤维，如棉、麻、蚕丝、羊毛、羊绒等；b)人造纤维，如粘胶纤维、铜氨纤维、醋酸纤维等；c)合成纤维，如聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维等中的任意一种或其任意组合经纺织或纺织加工而成。但上述材料不包括现有方法制作的调温纤维，即通过静电纺丝、溶液纺丝等方法，直接将相变材料包覆在纤维中制成的调温纤维不在此列。上述相变材料通常选择有机相变材料，相变温度范围为5_85°C、相变潜热为100j90J/g。这种相变材料例如包括相变石蜡、C14-22的正构烷烃、C8-18的脂肪醇或C8-18的脂肪酸及其酯中的任意一种或其任意组合。分别优选为轻质石蜡、20#相变石蜡、25#相变石蜡、30#相变石蜡、十六烷、十八烷、二十烷、硬酯酸正丁酯等。上述相变材料也可以是将相变材料进一步定型化，如聚乙烯-石蜡相变储能材料，陶粒-石蜡相变储能材料等的微粉、乳液以及其他形式固液混合分散体系。还可以是将相变材料进一步通过各种方法制备的相变储能微胶囊或纳胶囊，其尺度范围为IOnm-IOOO μ m，包括微胶囊的粉剂、乳液以及其他形式固液混合分散体系等。本发明的具有智能调温功能的絮片可以通过下述任一方法来制备在絮片基材的加工或生产过程中，采用浸轧、浸泡吸水、喷雾喷洒、涂敷等物理或化学方法，使相变材料与絮片纤维间发生物理吸附或粘接，或者通过生成化学键将相变材料与絮片纤维结合，将上述相变材料复合添加到絮片的表面(如附图1中A)，或絮片纤维片层与片层之间(如附图1中B)，或絮片纤维与纤维之间(如附图1中C)，即得到本发明的具有智能调温功能的絮片；在絮片基材的加工或生产完成后，对絮片基材采用浸轧、浸泡吸水、喷雾喷洒、涂敷等物理或化学方法，使相变材料与絮片纤维间发生物理吸附或粘接，或者通过生成化学键将相变材料与絮片纤维结合，将上述相变材料复合添加到絮片的表面(如附图1中A)，或絮片纤维片层与片层之间(如附图1中B)，或絮片纤维与纤维之间(如附图1中C)，即得到本发明的具有智能调温功能的絮片。在上述工艺的实现过程中，可以根据实际情况加入各种添加剂，如粘合剂，优选不含甲醛的环保粘合剂，如阴离子型润湿剂，如烷基硫酸盐、琥珀酸基酯磺酸盐、琥珀酰胺酸烷基酯磺酸盐、烷基磺基琥珀酰胺等化合物中的一种或其任意组合，优选这些化合物碳原子数为6-24，并且，可以对这些化合物进行乙氧基化或丙氧基化，优选乙氧基化程度在1-50间。再如粘度调节剂，可以是有机盐或无机盐，有机盐如尿素、尿素衍生物或氨基酸，无机盐如氯化钠、氯化镁等碱金属盐或碱土金属盐，优选为无机盐。本发明的添加剂也包括絮片加工或织物整理中常用的其他添加剂。下面通过实施例更具体地说明本发明的絮片。实施例1 将200g相变微胶囊材料分散体(该分散体为乳液，即相变微胶囊分散在水或其它溶剂中，主要成分是囊芯为相变烷烃，壳层为脲醛树脂，或如聚氨酯等其他聚合物，粒径大小控制在100纳米到1000微米间，制备方法可参照文章Journal of Applied PolymerScience, 2005,97 390 ；Colloidal and Polymer Science，280 :290)，与 800g 蒸溜水、1. 5g聚丙烯钠和2g琥珀酸二烷基酯磺酸盐混合均勻，直到无明显固体物质。用商业可得的泵式喷涂瓶，以喷雾方式将上述所得的分散体系均勻喷涂到用传统工艺方法制得的絮片上，本例中选用了市售羊绒絮片和市售絮片喷胶棉，喷涂量为絮片材料质量的20%，然后对喷涂处理的絮片进行100°C烘干，即可得到本发明的具有调温功能的絮片。经扫描电子显微镜表征，大多数相变材料复合在絮片材料的表面纤维上；经差热扫描量热法分析得知，所得具有调温功能羊绒絮片材料结晶焓变为21. ^J/g，熔融焓为19. 23J/g ；所得调温功能的喷胶棉絮片结晶焓为33. 65J/g，熔融焓为32. 02J/g。实施例2 各纤维原料质量配比如下 羽绒(鸭绒或鹅绒、)30%,聚酯纤维62%，粘结纤维(聚丙烯纤维)8%。将相变材料乳液与粘合剂(无甲醛环保粘合剂，选用易晖化工PUD水性聚氨酯复合胶粘剂，或东方罗门哈斯ST%4型水性粘合剂等)，按质量比9 1进行均勻混合。其中，相变材料乳液配方(质量份)为570份相变石蜡200 份 sz25010 (polyscope)的氨水溶液(固含量 15% )230份去离子水将原料纤维进行混合，对混合的纤维进行梳理，铺网，形成纤网后，对纤网进行牵伸。用相变材料与粘合剂混合液对纤网两面进行喷洒，喷洒量为纤网质量的15%。将纤网送入150°C烘箱，使粘结纤维表层熔化，并将其周围纤维粘结，同时也将相变材料与纤维进行粘接。即可得到本发明的具有调温功能的絮片。通过扫描电子显微镜表征，大多数相变材料在絮片纤维的层间复合；差热扫描量热法的测试表明，该调温功能絮片的结晶焓值为13. 90J/g，熔融焓值为12. 87J/g。实施例3 各纤维原料质量配比如下羽绒(鸭绒或鹅绒、)30%,聚酯纤维62%，粘结纤维(聚丙烯纤维)8%。将原料纤维进行混合，对混合的纤维进行梳理，铺网，形成纤网后，对纤网进行牵伸。对纤网两面进行喷洒粘合剂(不含甲醛的环保粘合剂，选用易晖化工PUD水性聚氨酯复合胶粘剂，或东方罗门哈斯ST%4型水性粘合剂等)，喷洒量为纤网质量的10%。
将相变材料粉剂(该粉剂是以十二醇为囊芯，以脲醛树脂为壳层材料的微胶囊粉体，通过下述文献所述方法制得，再过滤得到的粉体，粉剂粒径在2到50微米，制备方法参见《功能材料》，2005，11(36)，1722)喷洒在纤网上，使相变材料在粘合剂作用下，与纤维初步粘合。再将纤网送入150°C烘箱，使粘结纤维表层熔化，并将其周围纤维粘结，同时也将相变材料与纤维进行粘接。即可得到本发明的具有调温功能的絮片。通过扫描电子显微镜表征，大多数相变材料在絮片纤维的层间复合；差热扫描量热法的测试表明，该调温功能絮片的结晶焓值为9. 14J/g，熔融焓值为7. 87J/g。实施例4 各纤维原料质量配比如下羊绒20 %，兔绒20 %，聚酯纤维50 %，粘结纤维(聚丙烯纤维)10 %。将相变材料乳液(制备方法同实施例幻与粘合剂(无甲醛环保粘合剂，选用易晖化工PUD水性聚氨酯复合胶粘剂，或东方罗门哈斯ST%4型水性粘合剂等)，按质量比9 1进行均勻混合。将羊毛、兔毛进行混合，对混合的动物纤维，用相变材料与粘合剂混合液进行浸泡处理。接着将浸泡的动物纤维进行甩干处理，然后在70°C中烘干。将烘干的动物纤维与聚酯纤维、粘结纤维混合，进行对混合的纤维进行梳理，铺网，形成纤网后，对纤网进行牵伸。对纤网两面喷洒粘合剂，喷洒量为纤网质量的15%。将纤网送入150°C烘箱，使粘结纤维表层熔化，并将其周围纤维粘结，即可得到本发明的具有调温功能的絮片。通过扫描电子显微镜表征，大多数相变材料在絮片纤维与纤维之间复合；差热扫描量热法的测试表明，该调温功能絮片的结晶焓值为10. 90J/g，熔融焓值为9. 12J/g。上述各实施例制备的本发明的具有调温功能的絮片与现有的此类材料相比具有非常优异的效果，对比如下中国实用新型专利CN201020170181.X提出了一种双向高温储能床垫；以及中国发明专利CN201010175141. 9提出了一种具有调温功能的被芯，这两个方案是现有技术方法中的杰出代表。上述两个专利的实现方法虽然不同，但其核心思想，都是通过利用调温纤维，再将这些调温纤维制成絮片来实现的。上述方法使用的调温纤维，只适用于少数几种材料如丙纶，腈纶等，对天然纤维如羊毛，蚕丝等无能为力，不能覆盖所有的纤维种类。而且，这些种类的调温纤维，其实质是以相变材料为芯材，以其他材料如聚合物等为壁材或皮层，通过静电纺丝，溶液纺丝等方法，直接将相变材料包覆在纤维中制成的。制造过程复杂，往往需要复杂并且昂贵的设备和装置。用这些方案再制成具有调温功能的絮片，往往需要增加工序和设备，大幅改变现有絮片的制作工艺，无形中增加了成本，不利于实际推广使用。相比之下，本发明的具有调温功能的絮片可以较小幅度改变絮片制作工艺的情况下，无需增加复杂的设备，通过条件温和的浸轧，或浸泡吸水，或喷雾喷洒，或涂敷等工艺，简单的物理化学过程实现。并且，本发明方案的普适性强，不但可以适用于如棉，麻，蚕丝，羊毛，羊绒等动、植物纤维；而且对于粘胶纤维，铜氨纤维，醋酸纤维等人造纤维，以及聚酯纤维，聚丙烯腈纤维，聚酰胺纤维等合成纤维，同样适用。
权利要求
1.一种具有调温功能的絮片，所述絮片由相变材料与动物纤维、植物纤维、人造纤维和/或合成纤维利用纤维纺织或编织后形成的絮片基材，通过一定方式复合形成；所述复合通过浸轧、浸泡吸水、喷雾喷洒、涂敷中的工艺之一或其任意组合实现。
2.根据权利要求1所述的具有调温功能的絮片，其中所述相变材料为相变温度范围为5-85°C、相变潜热为100j90J/g的有机相变材料。
3.根据权利要求2所述的具有调温功能的絮片，其中所述相变材料为相变石蜡、C14-22的正构烷烃、C8-18的脂肪醇或C8-18的脂肪酸及其酯中的任意一种或其任意组合。
4.根据权利要求3所述的具有调温功能的絮片，其中所述相变材料为轻质石蜡、20#相变石蜡、25#相变石蜡、30#相变石蜡、十六烷、十八烷、二十烷、硬酯酸正丁酯中的任意一种或其任意组合。
5.根据权利要求1所述的具有调温功能的絮片，其中相变材料为微粉、乳液或其他形式的固液混合分散体系。
6.根据权利要求1所述的具有调温功能的絮片，其中所述相变材料为相变储能微胶囊或纳胶囊形式，尺度范围为IOnm-IOOO μ m。
7.一种具有调温功能的絮片的制备方法，在絮片基材的加工或生产过程中，采用浸轧、浸泡吸水、喷雾喷洒和/或涂敷工艺，使相变材料与基材纤维间发生物理吸附或粘接，或者通过生成化学键结合。
8.一种具有调温功能的絮片的制备方法，在絮片基材的加工或生产完成后，采用浸轧、浸泡吸水、喷雾喷洒和/或涂敷工艺，使相变材料与基材纤维间发生物理吸附或粘接，或者通过生成化学键结合。
全文摘要
本发明的目的是提供一种具有智能调温功能的絮片及其制备方法，所述絮片是由相变材料与动物纤维、植物纤维、人造纤维和/或合成纤维利用纤维纺织或编织后形成的絮片基材，通过一定方式复合形成；所述复合通过浸轧、浸泡吸水、喷雾喷洒、涂敷中的工艺之一或其任意组合实现。这种絮片可以智能地对环境温度进行响应，随环境温度的升高或降低进行相应地热量吸收存储和释放，从而实现微环境温度的双向调节。
文档编号D06M101/32GK102561027SQ20111043924
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者沈轲, 王智, 贠浩然, 陶镕 申请人:宏大研究院有限公司