一种用于絮棉的多功能胶及制备多功能喷胶絮棉的方法与流程

本发明属于复合新材料技术领域，涉及一种高效保暖、微循环保健、负离子、无静电的絮棉，具体涉及一种用于絮棉的多功能胶及制备多功能喷胶絮棉的方法。

背景技术：

随着社会的发展和科技的进步，人们生活水平的提高，人们对纺织品的需求从单一御寒遮体，向时尚化、功能化、轻薄化、个性化及保健的功能性纺织品方向快速发展，加快研发新型功能性新材料是纺织品发展的基础和必然趋势。

保暖材料是指构成保暖絮料的原材料，常以絮片或絮料的形式用于服装、被褥、睡袋等，其最大的特点是轻而蓬松保暖。在新型保暖絮料的纤维原料中，一般都含有中空或高卷曲涤纶，腈纶短纤维，超细纤维经过不同的生产工艺制成保暖材料。

欧美国家以开发中空纤维和超细纤维絮片以及防风层压织物为主。俄罗斯研制出采用生态的水刺工艺的非织造布保暖材料。这种保暖材料由聚酯纤维网组成，纤维网上有水流喷射作用形成的一排排水针，水针在一定角度α(45℃～89℃)范围内以对角线形状分布，材料上还穿有孔眼，有规律的孔眼使材料具有良好的透气性和散热性。该类保暖材料不采用粘合剂和复合层，却同样具有高强度和高保暖性。

美国研制出双层保暖非织造布，它是由水刺聚酯纤维材料层与另一层连续聚酯长丝材料复合而成。美国杜邦公司为满足各层次服装设计和不同价格的需要，开发了5种絮层保暖材料：新型细旦仿羽绒micro―loftcm、重复洗涤保形性好的thermoloftcm、潮湿状态下耐穿性能良好的thermolitecm、四孔结构纤维hollofil和蓬松度很好的七孔结构纤维quallofilcm。3m公司的thinsulate(新雪丽)保温材料，具有轻质保暖、防潮的特性。

日本东洋纺、可乐丽、尤尼吉卡等公司相继推出的新型蓄热材料。一方面，将zrc等陶瓷粒子填充到絮料中，产生温热效果；另一方面，调整保暖材料成品的结构，取长补短，达到多功能的目的。

国内絮片的发展非常迅速，原料上已经由最初的羊毛胎、棉絮、羽绒等天然原料向腈纶絮片、涤纶弹力絮片等合成原料扩展。近年来仿丝棉、超级羽绒棉，金属镀膜复合絮片，远红外保暖织物，羽绒化纤保暖絮片，化纤混合保暖絮片，羽绒喷胶棉复合保暖絮片，抗菌负离子保暖絮片、负离子无纺棉絮片，亚麻絮片、麻纤维无纺棉絮片，大豆纤维絮片，大豆纤维无纺棉絮片，竹纤维絮片，竹纤维无纺棉絮片，玉米纤维絮片，玉米纤维无纺棉絮片，炭纤维絮片，炭纤维针刺棉絮片，加炭无纺棉絮片，珍珠棉絮片等新型保暖材料不断问世。其中更是以非织造保暖絮片为主要产业，这些新型材料无论是在纤维或是工艺上都在不断完善过程中，他们以其质轻、保暖、透气性好、防风、防霉、防蛀、耐酸碱、可直接洗涤等优点大量代替了羊毛胎、棉絮等天然纤维絮料被广泛应用于生产。

随着各种高新技术的发展和在纺织工业中应用日益推广，使保暖材料日益向着复合型多功能方向发展。所谓复合型是指各种天然纤维、合成纤维及功能性纤维等不同纤维之间的复合及保暖材料与其他织物之间的复合。其目的在于调整保暖材料成品的结构，吸取各类材料的特点，除基本的力学性能以外，还具有某些特定的、优异的物理或化学性能，如具有某些电学性能、磁学性能、热学性能、压缩弹性、水洗性能、透气性能和透湿性能等，以达到多功能的目的，更加符合消费者对保暖材料各方面的需求。随着人们环境意识的不断增强，绿色环保的材料也为保暖材料的发展提供了更广阔的空间。

西安华捷科技发展有限责任公司的专利号cn201210066454.x中一种纺织物的多功能整理剂中所提及的采用纳米高分子材料，经过后处理的棉、毛、丝、麻、化纤产品制作的服饰具有微循环保健、保暖、带负离子、无静电的特点，服饰产品能够发射近红外、中红外及远红外线，发射波段在750～16000nm，发射率>96％，发射功率456w/m²，负离子浓度2570个/cm³，紫外线吸收率>99％，可极大的改善人体微循环，具有超强的保健和保暖功能。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于絮棉的多功能胶及制备多功能喷胶絮棉的方法，一种高效保暖、微循环保健、负离子、无静电多功能喷胶絮棉，它不仅具有常规絮棉的蓬松，压缩回弹性高，耐干、湿洗涤，且质轻而保暖等性能外，还按照一定的频率向人体发射远红外线，通过絮片辐射给人体远红外线增加热量，从而让人体感到温暖。同时产生大量的负离子，形成富氧微气候环境，不产生静电等功能。为加工制造棉服和滑雪衫、太空服和棉被、睡袋等床上用品及某些工业用品的重要的新材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于絮棉的多功能胶，按质量分数比包括以下组成：

纺织物的多功能整理剂：3～5wt％；

hd-604胶：9～11wt％；

水＝88～84wt％。

一种制备多功能喷胶絮棉的方法，包括以下步骤：

(1)配置多功能胶：

a、按规定比例依次称取纺织物的多功能整理剂、hd-604胶、水；

b.将称好的纺织物的多功能整理剂、hd-604胶加入水中，高速分散搅拌20～30分钟，使材料完全均匀分散为止；

(2)制作多功能喷胶絮棉：

a、选择絮棉；

b、在选择好的絮棉表面均匀喷涂多功能胶，用量5--8g/平方米；另一面均匀喷涂hd-604胶；

c、把喷涂好絮棉，送入温度为90℃～110℃的烘干机中烘干。

所述的纺织物的多功能整理剂采用西安华捷科技发展有限责任公司的纺织物的多功能整理剂。

本发明的有益效果是：

①喷涂用多功能胶中“微循环保健、保暖、负离子、无静电多功能整理剂”含量是絮棉的微循环保健、保暖、负离子、无静电性能实现的关键。本项目经过大量的科学实验，选用hjn-01纳米远红外保暖多功能整理剂，用量3～5wt％。

②每平方米喷涂多功能胶量，是实现棉絮多功能的保证。实验后确定用量5--8g/平方米。

③高效保暖、微循环保健、负离子、无静电多功能絮棉功能结构设计。多功能絮棉功能结构设计为：一面喷涂多功能胶，另一面喷涂常规胶。

④多功能胶与絮棉具有优良的结合牢度，保持絮棉的蓬松、压缩回弹性高、耐干、湿洗涤、质轻而保暖等性能，且具有优良的微循环保健、保暖、负离子、无静电功能。

⑤纳米材料应用开发技术创新，开创了微循环保健、保暖、负离子、无静电多功能保暖材料新领域。

⑥高效保暖、微循环保健、负离子、无静电多功能絮棉性能研究创新。解决了长期以来只能用陶瓷粉末制成化纤类纺织品，不吸汗、透气性差、静电大、穿着不适、产品单一、红外线发射率低、没有天然纤维产品等问题和缺点。

⑦高效保暖、微循环保健、负离子、无静电多功能絮棉功能结构设计创新。

⑧整理工艺方法创新。

⑨纳米材料与纺织品表面结合高牢度技术创新。

西安华捷科技发展有限责任公司采用纳米高分子材料，经高科技手段处理的微循环保健、高效保暖、微循环保健、负离子、无静电多功能喷胶絮棉，它不仅具有常规絮棉的蓬松、压缩回弹性高、耐干、湿洗涤，且质轻而保暖等性能外，还按照一定的频率向人体发射远红外线，发射波段在750～16000nm，发射率≥0.87，发射功率456w/m²，通过絮片辐射给人体远红外线增加热量，远红外辐射表面温升4-6℃，从而让人体感到温暖。同时产生大量的负离子，负离子浓度2900个/cm³，形成富氧微气候环境，不产生静电等功能。表面电荷密度≤1.2μc/m²。简单的说，人体外有蓬松的保暖絮片在阻挡人体热能的损失，同时又有高强度的红外线照射，就像我们冬天穿着棉袄坐在火炉旁一样，具有超强的保暖功能。

该功能絮棉可用做保暖服、睡袋等，通过吸收人体发射的红外线及阳光和自然界中的红外线，将吸收的红外线储存并以87％的发射率向人体发射，与人体启动波吻合，极易被人体吸收，可穿透人体70mm，可极大的改善人体微循环，具有一定保健功能。

多功能高效保暖棉絮，可采用棉、毛、化纤制作而成，不仅具有吸湿、排汗、透气的性能，而且更具有储能、储热、释放负离子作用。

在满足保暖的前提下，可使服装、睡袋重量体积减少1/3，该技术已装备武警特种部队睡袋8000套，使睡袋体积、重量大大减小，满足了部队为战士按克减重的要求。《解放军报》以“解放军测试新型野战睡袋，零下26度户外战士安然甜睡”等为题，作了三次专题报道，为解放军后勤装备提升做出了贡献。

技术指标

1)红外线发射率：≥0.87；

2)发射波长:750～16000nm；

3)功率发射率:456w/m²(37℃时)；

4)表面电荷密度≤1.2μc/m²；

5)远红外辐射温升4-6℃；

6)负离子浓度：2900个/cm³。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图及原理对本发明进一步叙述。

一种用于絮棉的多功能胶，按质量分数比包括以下组成：

纺织物的多功能整理剂：3～5wt％；

hd-604胶：9～11wt％；

水＝88～84wt％。

如图1所示，一种制备多功能喷胶絮棉的方法，包括以下步骤：

(1)配置多功能胶：

a、按规定比例依次称取纺织物的多功能整理剂、hd-604胶、水；

b.将称好的纺织物的多功能整理剂、hd-604胶加入水中，高速分散搅拌20～30分钟，使材料完全均匀分散为止；

(2)制作多功能喷胶絮棉：

a、选择絮棉；

b、在选择好的絮棉表面均匀喷涂多功能胶，用量5--8g/平方米；另一面均匀喷涂hd-604胶；

c、把喷涂好絮棉，送入温度为90℃～110℃的烘干机中烘干。应用范围

①适用于棉、毛、化纤等为原料的保暖絮片，适合加工睡袋、棉被褥、棉衣等冬季保暖产品。

②适用于其它领域提高人体微循环及保健用服装。

③絮棉喷涂功能胶面为贴近皮肤面。

基础原理

量子理论认为，物质在入射光的照射下，分子吸收光能后，就会跳跃式的增加自己的能量，即物质能量的变化是量子化的，每个光子的能量hv取决于两个能级间的能量差δe。

δe＝e2-e1＝hv

式中，h为普朗克常数，υ为光频率,e2、e1为初能级和终能级的能量。

红外辐射源于物质分子内部运动的改变。分子内部运动的形式非常复杂，主要有电子围绕原子核的运动、分子的平动、分子中各原子核在其平衡位置附近的振动，以及整个分子绕一定对称轴的转动。由于平动能量只是温度的函数，故分子平动运动与电磁辐射没有选择性的相互作用关系，不产生分立的红外光谱。研究中主要考虑由分子内部的电子运动、分子中原子核的振动和转动所产生的分子光谱。

对于某一确定状态的分子，其能量为电子能量ee、振动能量ev和转动能量ey三者之和，即

e＝ee+ev+ey

当分子从高能级e″跃迁到低能级e′时，将向外辐射出光子，其频率为：

式中h为普朗克常数。

量子理论研究表明，物质吸收和发射红外光的实质是分子偶极矩的变化与光的振荡电场相互作用的结果。材料发生辐射的原因是由于其组成原子、分子或离子体系在不同能级间的跃迁所产生，在短波区主要与其电子的跃迁有关，而在长波区则与晶体晶格振动特性有关。分子发生振动或转动时伴随偶极矩的变化所产生的辐射是材料发生辐射的机制所在。单纯材料，如金属氧化物、氮化物、碳化物等均存在极强的红外激活极化振动，同时，在其红外光谱区存在有极强的振动吸收带。这种吸收性振动的存在决定着材料的红外辐射性能。单纯材料的红外高辐射波段往往处于中等吸收强度的二声子组合吸收带，包括部分多声子组合区域，为二声子或多声子的组合频率吸收，其辐射波段为5～10um，光谱大致是从强共振长波延伸到短波整个二声子合频区。

红外线位于可见光和微波之间，可细分为近红外、中红外和远红外线。一般认为，远红外辐射加热技术中波长在4～1000um之间的称为远外红外线。光量子有特性及作用，波长在2.5～30um之间的红外线光量子能量为0.04～0.5ev时，几乎起不了化学作用，而只能起到加速分子振动或结晶的格子振动。构成物质的基本质点，电子、原子、或分子，即使是处于基态也都在不停地运动着—振动或转动，这些运动都有自己的固有频率。

当遇到某个波数的红外线辐照时，如果红外线传送的波数与基本质点的固有频率相等，则会发生与振动学中央振运动相似的情况，质点会吸收红外线并使运动进一步激化。也就是说，对红外线敏感性的物质，其分子、原子能吸引与自身固有运动频率相当的红外线，不仅发生载动能级的跃迁，也扩大了以平衡位置为中心的各种运动幅度，质点的内能量加大，微观结构质点运动加剧的宏观反映，就是物体温度升高。如果两者频率相差较大，那么红外线就不会被吸收而可能是反射或穿过。可见提高被加热物料对入射辐射热量的吸收率与光谱频率密切相关，应确立以合理的红外加热辐射实效光谱区段，以达到与加热制品的最佳匹配(这就是“最佳光谱匹配原则”)。

所谓“匹配”，就是把对准加热物“吸收窗口”的“辐射窗口”开得很大，而把没有对上的“辐射窗口”关得很小。由于辐射的单色光谱与吸收的单色光谱不可能做到绝对匹配，因此在实际应用中采取对远红外辐射器和辐射温度的最佳选择，使辐射器的“区间辐射率”和被加热制品，与该入射区间相对应的“区间吸收率”相配合，这既是红外线辐射加热的机理。

纳米材料由于其特殊的结构引起的量子尺寸效应及隧道效应，在一定尺寸范围导致它产生良好的红外线吸波性能，纳米材料是指材料组分的特征尺寸在1-100nm范围的材料。当一个微粒的尺寸小到纳米量级时，它的微观结构和性能既不同于原子、分子的微观体系，也不同于显示本特征性质的大颗粒材料宏观体系，而是介于二者之间的一个过渡体系。纳米微粒尺寸小，比表面积大，具有很高的表面能，从而对其化学性质有很大影响。实验证明，粒子分散度提高到一定程度后，随着粒子直径的减小，位于粒子表面的原子数与总原子数的比值急剧增大，当粒径降为5nm时，表面原子所占比例可达50％。由于表面原子数增加，微粒内原子数减少，使能带中的电子能级发生分裂，分裂后的能级间隔正处于红外线的能量范围内(1×12^-2-1×10^-5ev)，从而导致新的红外线吸收通道。纳米材料由于其自身结构上的特征而具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应，因而与同组分的常规材料相比，在催化、光学、磁性、力学等方面具有许多奇异的性能，在红外线吸收与发射方面显示出很好的发展前景。

物体单位表面积向整个半球空间发射的所有波长的总辐射功率m(t)随其温度的变化规律。

m(t)＝ελσt⁴

式中σ＝5.6697×10-8w/(m²·k⁴)

上式表明，凡是温度高于开氏零度的物体都会自发地向外发射红外热辐射，而且，物体单位表面积发射的总辐射功率与发射率和开氏温度的四次方成正比。而且，只要当温度有较小变化时，就将会引起物体发射的辐射功率很大变化。

随着红外技术的迅速发展，高辐射率材料的研究成热点，远红外线产品基本波长的选择相当重要，使产品辐射出来的波长与辐射现象物体的吸收波长一致(即光谱匹配)，才能产生共振效应，这是产品好坏的关键所在。

纳米红外絮棉的保暖能量应该包括两部分，一部分是絮棉自身蓬松的絮片产生的保暖能量，它是通过增加絮片的空气层、减少空气层空气流动、采用保暖材料等方法来尽可能提高絮棉的热阻，减少人体的热能不会快速传导出去来实现保暖，实际就是减少人体的热能损失，衡量指标是克罗值、保暖率、热阻。另一部分就是絮棉的红外辐射能量，它是将絮片进行了纳米红外整理，絮片除了上述的功能外，还按照一定的频率向人体发射红外线，通过外界辐射给人体增加热量，从而让人体感到温暖。犹如在寒冷的环境下，人体在接受红外灯的照射，衡量指标是红外辐射能量密度。

这种絮棉的原理，简单的说就是：人体外有蓬松的保暖絮片在阻挡人体热能的损失，同时又有高强度的红外线照射，就像我们冬天穿着棉袄坐在火炉旁一样。