CN103614905B - 一种智能调温复合棉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明智能调温复合棉及其制备方法，特征是利用普通棉花与有机相变物质复合而成，首先按照一定比例分别称取一定质量的棉花和有机相变物质（如石蜡、硬脂酸等），然后将相变物质分别溶于适当量的溶剂中，置于一定温度的水浴中持续搅拌一段时间，使得相变材料充分分散溶解，再将事先称取的棉花分别加入到有机相变物质的溶夜中，浸泡一段时间使棉花充分吸附相变物质，然后在一定温度下蒸干溶剂，得到有机相变物质/棉花复合材料，即智能调温复合棉。本方法操作简便、成本较低、环境友好，得到的复合棉能够根据使用环境的温度变化而智能调节自身温度使之维持在相变温度范围内，该产品具有广泛的实用价值。

Description

一种智能调温复合棉及其制备方法

技术领域

本发明属于相变储热复合材料领域，特别涉及一种具有智能调温功能的复合棉的设计及制备。

背景技术

随着经济的发展，人民对生活质量要求的不断提高，研发一种具有优异的保温防寒和降温除热功能的智能调温棉成为目前迫切需要解决的一个技术难题。传统纺织品只具有单向温度调节功能，目前人们研发出一些保温纤维或者舒适导湿纤维和凉爽纤维，但这些材料对过冷和过热环境则无能为力，无法实现保温-降温双重调节功能。

相变潜热储热是利用相变材料在相变时吸热或放热来储存或释放能量。有机相变材料具有种类多样、储热密度高、温度变化范围窄、性质稳定等诸多优点，在太阳能利用、工业余热废热的回收、节能建筑、纺织服装等领域具有广泛的应用。近年来，相变材料在调温纺织品的应用引起人们极大的关注，利用相变材料发生固-液相变或固-固相变来实现热量的吸收或释放，在纺织品周围形成基本恒定的微气候，从而实现温度调节功能。但是，目前相变材料在纺织品上的应用通常是将相变材料包封在微胶囊中对织物进行涂层，或将微胶囊混入纺丝液中进行纺丝，这些方法要预先制备出直径在1.0-10.0μm的相变材料微胶囊，然后进行涂层或纺丝，技术路线复杂，不易控制，成本较高；并且相变材料在织物中的负载量少、易于脱落，导致调温性能不明显。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种智能调温复合棉的设计及制备方法，该智能调温复合棉具有保温防寒和降温除热双重功能，可用于袜子、手套、内衣裤、被子、防寒服、窗帘等系列纺织品中；制备方法简单便捷、成本较低，获得的复合棉中相变物质含量可调且稳定性好。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种智能调温复合棉及其制备方法，其特征是按照如下步骤进行：

a、按照一定比例分别称取一定质量的棉花和有机相变物质（如石蜡、硬脂酸等）；

b、将相变物质分别溶于适当量的溶剂中，置于一定温度的水浴中持续搅拌一段时间，使得相变材料充分分散溶解；

c、将称取的棉花分别加入到有机相变物质的溶夜中，浸泡一段时间；

d、在一定温度下静置直到溶剂蒸干，得到有机相变物质/棉花复合材料，即智能调温复合棉。

本发明一种智能调温复合棉的制备方法，其特点也在于：

所述棉花可以从天然棉花、合成纤维棉、棉麻纺织物中选取。

所述的有机相变物质可以根据使用需要选择具有相应相转变温度的有机物，如石蜡、硬脂酸、聚乙二醇等。

所述的一定比例特征在于智能调温复合棉中包含有机相变物质的质量分数在0-90%之间可调。

所述的溶剂可以根据有机相变物质的溶解特性从乙醇、环己烷等常用溶剂中选取。

采用扫描电子显微镜（SEM）和差示扫描量热仪（DSC）对产品的微观结构特征和相变过程的吸-放热行为（包括相变温度、吸放热容量）进行了表征。对本发明制备的智能调温复合棉在较高温度环境下使用时的防液态相变物质的泄露情况进行了测试。

本发明智能调温复合棉及其制备方法的机理：天然棉花或合成纤维棉在微观上具有三维多孔网络状结构，内部存在大量的孔隙，可以作为基体材料来承载有机相变物质。我们利用相似相溶原理，把有机相变物质溶解在适当的溶剂中，通过浸渍吸附方法，使有机相变物质吸附填充在棉花纤维的多孔网络结构中，然后蒸干溶剂，则获得了定形相变复合棉。在使用过程中，当环境温度或人体皮肤温度达到复合棉内有机相变物质的熔点时，相变物质将吸热从固态转变为液态,产生致冷效果；如果复合棉在低于相变物质的凝固温度的寒冷环境中使用,其中的有机相变物质由液态变成固态,释放出热量提供加热效果；在使用过程中这种热转换起缓冲温度变化的作用,能够智能调节温度，延长使用者的温度舒适感。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明智能调温复合棉克服了传统纺织品的单一调温功能，具有保温防寒和降温储热双重功能，可直接用于袜子、手套、被子、防寒服、窗帘等系列纺织品中。本发明提出的制备工艺简便、原料便宜易得，环境友好，容易控制，适合大规模生产，克服了目前相变材料在纺织品上应用的复杂工艺。本发明制备的智能调温复合棉，相变物质的负载量可调，相变材料被稳定的吸附在棉花纤维的网络结构中，外观上保持棉花的特征，具有很好的热稳定性，能够多次循环使用而不发生任何泄漏。

附图说明

图1为本发明制备的智能调温复合棉的SEM照片：（a-c）含石蜡质量分数分别为50%（a）、75%（b）和90%（c）的石蜡复合棉，（d-f）含硬脂酸(SA)质量分数分别为50%（d）、75%（e）和90%（f）的硬脂酸复合棉；

图2为本发明制备的智能调温复合棉的DSC图：（a-c）含石蜡质量分数分别为50%（a）、75%（b）和90%（c）的石蜡复合棉，（d-f）含硬脂酸(SA)质量分数分别为50%（d）、75%（e）和90%（f）的硬脂酸复合棉；

图3为本发明制备的石蜡复合棉的泄漏测试：纯石蜡、含石蜡质量分数分别为50%、75%和90%的石蜡复合棉在80℃加热不同时间的照片。

图4为本发明制备的硬脂酸复合棉的泄露测试：纯硬脂酸（SA）、含硬脂酸质量分数分别为50%、75%和90%的硬脂酸复合棉在80℃加热不同时间的照片。

具体实施方式：

实施例1：

称取3份1g棉花，然后按照1:1、1:3、1:9的比例分别称取1g、3g、9g的石蜡,将称取的石蜡分别溶解于50mL环己烷中，将溶液置于50℃水浴条件下搅拌30min，使石蜡充分溶解，再将事先称取的三份棉花分别加入到石蜡的环己烷溶夜中，静置浸泡2小时后，将混合物放在80℃烘箱中直至溶剂全部蒸干，得到石蜡复合棉。

实施例2：

将硬脂酸（SA）代替实施例1中的石蜡作为相变物质，乙醇代替实施例1中的环己烷作为溶剂，实验操作步骤与实施例1相同，得到硬脂酸复合棉。

实施例3：

将聚乙二醇（PEG-1000）代替实施例1中的石蜡作为相变物质，乙醇代替实施例1中的环己烷作为溶剂，实验操作步骤与实施例1相同，得到聚乙二醇复合棉。

实施例4：

将合成涤纶棉（PP棉）代替实例1中的棉花作为基体材料，乙醇代替实施例1中的环己烷作为溶剂，实验操作步骤与实施例1相同，得到石蜡涤纶复合棉。

以上所述的实施例是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域技术人员对本发明技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

图1给出了上述实例中所制备的石蜡复合棉和硬脂酸复合棉的SEM图，图中a、b、c依次是含石蜡质量分数为50%、75%和90%的石蜡复合棉，d、e、f依次是含硬脂酸（SA）质量分数分别为50%、75%和90%的硬脂酸复合棉。SEM照片显示，在所制备的智能调温复合棉中，有机相变物质（石蜡或者硬脂酸）较均匀的分散于棉花纤维的多孔网络结构中，随着有机相变物质含量增加，棉花纤维的多孔网络逐渐被填充满；SEM表征结果说明了棉花可以作为有效的基体承载有机相变物质，从而形成稳定的复合材料。

图2给出了上述实例中所制备的复合棉的DSC测试结果，图中a、b、c依次是含石蜡质量分数为50%、75%和90%的石蜡复合棉，d、e、f依次是含硬脂酸（SA）质量分数分别为50%、75%和90%的硬脂酸复合棉；结果表明，所制备的复合棉的相变温度基本保持有机相变物质原来的相变温度，如石蜡复合棉的熔点、凝固点分别为56℃和47℃，硬脂酸复合棉的熔点、凝固点分别为70℃、63℃；随着有机相变物质的含量增加，其储、放热容量增大，石蜡复合棉和硬脂酸复合棉的储热容量分别可高达112.9J/g、172.7J/g；DSC多次循环测试过程中产物的相变温度和储/放热容量基本保持不变，表明产物具有很好的热稳定性。

图3和图4分别给出了石蜡复合棉和硬脂酸复合棉在较高环境温度下使用时的防液态泄漏情况，结果表明在高于其相变温度下加热30分钟，并且反复加热-冷却循环多次，无任何液态物质渗漏，说明棉花作为基底材料能够很好的防止有机相变物质的泄漏。本发明制备出了智能调温的定形相变复合棉。

Claims (1)

1.一种智能调温复合棉的制备方法，其特征是按如下步骤进行：首先按比例分别称取石蜡和棉花，然后将石蜡放入环己烷中，并在50℃水浴条件下搅拌，使石蜡完全溶解，再将称取的棉花放入石蜡-环己烷溶液中，静置浸泡2小时后，将混合物放在80℃烘箱中直至溶剂全部蒸干，得到石蜡复合棉，复合棉中包含石蜡的质量分数在50wt.％-90wt.％之间。