CN107460558A - 具有调节红外线透过性能的纺织品、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种具有调节红外线透过性能的纺织品，它包括质量百分数为50％～99.5％的聚合物和质量百分数为0.5％～50％的具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子，所述量基于成型的纺织品的质量；其中具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子选自纳米氧化钨、纳米二氧化钛、纳米钒酸钨、纳米氧化锆中的一种或多种；聚合物聚合物选自聚酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乙烯醇縮丁醛、聚氧化乙烯中的一种或多种形成的均聚物或共聚物。该纺织品利用静电纺丝法制备，用于室外抗红外辐射服装中。

Description

具有调节红外线透过性能的纺织品、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及功能性纺织品技术领域，尤其涉及一种具有调节红外线透过性能的纺织品和该纺织品的制备方法及其应用。
背景技术
随着人类对服装功能需求的不断提升，近些年智能服装的概念登上舞台。这种能够通过自身特质对外界环境变化和刺激进行感知和反应，甚至自我调节的特殊纺织品即智能服装。智能调温服装技术早期采用相变调温功能材料的纤维，即将相变材料技术与纤维制造技术相结合开发出的一种高技术产品。当含有相变材料的纺织品在外界环境温度升高时，相变材料变化晶体构型降低体表温度。相反，当外界环境温度降低时，相变材料放出热量，减少了人体向周围放出的热量，以保持人体正常体温，为人体提供舒适的“衣内微气候”环境，使人体始终处于一种舒适的状态。
国际上,美国的Outlast公司申请了基于相变材料石蜡烃微胶囊技术的专利(WO2008030648A1；US 6,855,422；US 7,241,497；US 7,160,612；US 7,666,502；US 7,666,500；US 6,793,856；US 7,563,398；US 7,135,424；US 7,244,497；US 7,579,078；US 7,790,283)；并依托中国上海嘉乐股份有限公司申请了对应的中国专利(CN ZL01817825.1；CN ZL02822457.4；CN101407962 A)。日本东洋纺公司申请了塑性晶体为芯材的鞘一芯复合丝自发热专利(US20040185735A1)。
在中国，天津工业大学研制出了相变物质含量在16％以上、单丝纤度5dtex的蓄热调温纤维，获得了国家发明专利(CN1317602 A)。该研究所还发明了耐高温相变材料微胶囊和熔融纺丝储热调温纤维技术，在升温和降温过程中其内部温度较普通纺织品低或高3℃以上，持续时间可达30分钟。上海意东无纺布制造有限公司通过通过浆点转移的方法，把按一定比例调制成的相变胶囊混合液，通过真空泵，打入雕刻空心圆筒内，再转移到无纺布上，形成表温可调无纺布及其制备工艺(CN101260617A)。江苏丹盛纺织有限公司研发了奥特佳(热敏材料)腈纶基智能调温纤维棉型机织产品(CN200810022120.6)。河北吉藁化纤有限责任公司协同北京巨龙博方科学技术研究院联合研发了微胶囊复合纺丝的智能调温纤维纺织品(CN200710123411.X)。目前国内关于智能调温服装的专利均为国外专利的中国复制或者改进版。其核心技术仍是基于相变微胶囊相变材料。
但是，目前报道的这类基于相变材料的智能服装，主要原理是利用材料固/液相变时的可逆吸热放热过程。只能调控人体在室内的自身散热情况。但对于特定室外工作人群：如建筑业施工人员、农业作业人员、交警、快递人员、野外攀爬游客、甚至野战军事人员，大部分的热源来源于室外太阳光的红外区域。对于室外工作人群，基于材料固/液相变可逆吸/放热原理的智能调温服装无法阻止红外线照射到人体升高人体体温，也无法长时间持续吸收在室外由于红外线照射聚集产生的热量。因此，十分需要开发针对于室外工作人群的能够调节红外透过的纺织产品。
发明内容
因此，本发明提供了一种含有调节红外线透过性能的聚合物/无机纳米材料复合的纺织品，并提供了该纺织品的静电纺丝制备方法及其在室外抗红外辐射工作服中的应用。
相变无机半导体纳米材料因其独特的物理化学性能，备受理论研究与实验领域的关注。当外界温度高于其相变温度时，材料则由低温半导体态转变为高温金属态，对红外光(外部热源)高阻隔；当外界温度低于其相变温度时，材料则由高温金属态转变为低温半导体态，对红外光(外部热源)高吸收。这类智能调温无机半导体纳米材料在纺织品制备方面并未得到充分开发利用。
根据本发明的一个方面，提供了一种具有调节红外线透过性能的纺织品，它包括聚合物和具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子。
进一步的，上述具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子选自纳米氧化钨、纳米二氧化钛、纳米钒酸钨、纳米氧化锆中的一种或多种。
进一步的，上述聚合物聚合物选自聚酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乙烯醇縮丁醛、聚氧化乙烯中的一种或多种形成的均聚物或共聚物。
更进一步的，上述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸二烯丙酯、聚间苯二甲酸二烯丙酯、聚对苯二甲酸环己垸对二甲酯、聚萘二甲酸丁二酯、聚己二酸丙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙交酯、聚乙交酯、聚己内酯、聚羟基丁酸酯中的一种或多种。
更进一步的，上述聚丙烯酸包括聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸正丁酯、聚a-氯代丙烯酸甲酯中的一种或多种。
更进一步的，上述聚酰胺包括聚己内酰胺、聚己二酸己二胺、聚癸二酸癸二胺中的一种或多种。
进一步的，上述具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子的质量百分数为0.5％～50％，所述聚合物的质量百分数为0.5％～60％，所述量基于成型的纺织品的质量。无机纳米粒子作为功能性组分和聚合物形成的复合材料的结构稳定可控。
更一步地，可通过改变具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子与聚合物的质量配比，变化量在1/20～1/1范围内，以根据应用需求获得不同的抗红外透过能力的纺织品。
本发明复合材料纺织品的组成、结构、性能可以方便地得到控制，具有结构稳定、分散均匀的特点。
根据本发明的第二个方面，提供了上述的具有调节红外线透过性能的纺织品的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将所述聚合物搅拌溶解在溶剂中，形成聚合物溶液A；
2)通过机械搅拌将所述具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子溶解在溶剂中，形成聚合物溶液B；
3)将步骤2)得到的聚合物溶液B加入到步骤1)得到的聚合物溶液A中，搅拌混合后形成纺丝液C；其中，纺丝液C中聚合物的质量百分数浓度为0.5％～50％，无机纳米粒子的质量百分数浓度为0.5％～50％。
4)将步骤3)得到的纺丝液C加入到电纺丝设备的喷丝管中，通过电纺丝将纺丝液C喷射到导电收集板上，得到含有掺杂无机纳米粒子和聚合物的复合纤维D或纤维构成的薄膜E；
5)将步骤4)得到的复合纤维D或薄膜E进行后处理，得到功能性聚合物纳米复合的成型纺织品。
进一步的，上述步骤1)和步骤2)中提及的溶剂选自三氟乙酸、三氯乙酸、二氯乙垸、二氯甲烷、丙酮、三氯甲烷、三氯乙垸、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、甲酸、乙酸、乙醇、水中的一种或多种。
进一步的，上述步骤1)至步骤3)中的所述搅拌的温度为30-90℃、搅拌的速度为50-200转/分钟、搅拌的时间为4-12小时。
进一步的，上述步骤5)中的后处理是指，将通过电纺丝得到的含有无机纳米粒子和聚合物的复合纤维在室温至80℃温度区间内干燥以去除其中的溶剂。
本发明利用调温无机半导体纳米材料的相变调控红外光透过性能，将其均匀分散于聚合物溶液中，利用静电纺丝的方法得到一种能够调节红外透过的复合纺织品；该方法能够调节功能纺织品的抗红外辐射能力。
本发明制备方法所用的设备简单，操作容易。
本发明功能性聚合物纳米复合的纺织品的制备方法的优点是：
(1)得到的功能性聚合物纳米复合的纺织品的结构稳定，无机纳米粒子在聚合物中分散均匀；
(2)制备条件温、能耗小、成本低；
(3)采用的电纺丝方法设备简单易操作；
(4)所得产品的性能及厚度尺寸可调。
根据本发明的第三个方面，提供了具有调节红外线透过性能的纺织品在室外抗红外辐射工作服中的应用。
本发明复合材料纺织品主要作为室外调控红外透过材料，也可作为导电材料、抗静电材料、磁性材料、电致变色材料、光催化与生态环境材料、抗菌材料、生物材料等用于工作服中。
本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：纺织品中含有能够调节红外透过的功能性无机纳米粒子，而非目前大多数智能纺织品专利中用到的基于固/液相变可逆吸热放热的材料；通过功能纳米颗粒与聚合物质量配比(纳米颗粒/聚合物为1/20～1/1)可获得不同抗红外透过能力(减少红外线透过率从5％～75％)的复合纺织品；利用静电纺丝方法制备能够调节红外透过的复合纺织品，并将该纺织品用于室外抗红外辐射工作服中。
本发明利用调温无机半导体纳米材料的相变调控红外光透过性能，将其均匀分散于聚合物溶液中，利用静电纺丝的方法得到一种能够调节红外透过的复合纺织品；该方法能够调节功能纺织品的抗红外辐射能力。
附图说明：
附图1为本发明实施例的具有调节红外线透过性能的纺织品的外观示意图；
附图2为本发明实施例的具有调节红外线透过性能的纺织品的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步阐述，这些实施例仅证明该合成路线可行，并不对本发明受保护的内容构成任何限制。
实施例1：一种具有调节红外线透过性能的纺织品
一种具有调节红外线透过性能的纺织品，其外观如图1所示，它包括质量百分数为50％～99.5％的聚合物和质量百分数为0.5％～50％的具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子，所述量基于成型的纺织品的质量；其中具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子选自纳米氧化钨、纳米二氧化钛、纳米钒酸钨、纳米氧化锆中的一种或多种；聚合物聚合物选自聚酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乙烯醇縮丁醛、聚氧化乙烯中的一种或多种形成的均聚物或共聚物，其中的聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸二烯丙酯、聚间苯二甲酸二烯丙酯、聚对苯二甲酸环己垸对二甲酯、聚萘二甲酸丁二酯、聚己二酸丙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙交酯、聚乙交酯、聚己内酯、聚羟基丁酸酯中的一种或多种，聚丙烯酸包括聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸正丁酯、聚a-氯代丙烯酸甲酯中的一种或多种，聚酰胺包括聚己内酰胺、聚己二酸己二胺、聚癸二酸癸二胺中的一种或多种。
实施例2制备方法
一种具有调节红外线透过性能的纺织品的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.63克聚对苯二甲酸乙二醇酯溶解在3毫升三氯甲烷溶剂中，室温搅拌4小时；
(2)将0.1克氧化钨纳米粒子加入到3毫升三氟乙酸和二氯甲烷的混合溶剂(1/1体积比)中，50℃磁力搅拌3小时；
(3)将步骤(1)、(2)所得的均匀溶液混合，继续搅拌30分钟后加入到电纺丝喷头针管内；
(4)控制从静电纺丝设备的喷丝口到收集板之间的电压在30kV,用铝箔板收集电纺丝纤维；
(5)将步骤(4)得到的电纺丝纤维在室温下空气干燥24小时，挥发掉溶剂，即可得到含有氧化钨的纳米复合材料。光学照片如图1所示，扫描电镜照片如图2所示。
实施例2制备方法
一种具有调节红外线透过性能的纺织品的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.2克聚己二酸丙二醇酯溶解在2毫升三氟乙酸溶剂中，50℃搅拌2小时；
(2)将0.4克二氧化钛纳米粒子加入到2毫升三氟乙酸中，20℃磁力搅拌2小时；
(3)将步骤(1)、(2)所得的均匀溶液混合，继续搅拌10分钟后加入到电纺丝喷头针管内；
(4)控制从静电纺丝设备的喷丝口到收集板之间的电压在30kV,用铝箔板收集电纺丝纤维；
(5)将得到的电纺丝纤维在50℃干燥12小时，挥发掉溶剂，即可得到含有氧化钨的纳米复合材料。
实施例3制备方法
一种具有调节红外线透过性能的纺织品的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.8克聚丙烯酸甲酯溶解在4毫升N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，80℃搅拌6小时；
(2)将0.6克钒酸钨纳米粒子加入到4毫升N，N-二甲基甲酰胺和二氯甲烷的混合溶剂(1/1体积比)中，80℃磁力搅拌5小时；
(3)将步骤(1)、(2)所得的均匀溶液混合，继续搅拌50分钟后加入到电纺丝喷头针管内；
(4)控制从静电纺丝设备的喷丝口到收集板之间的电压在30kV,用铝箔板收集电纺丝纤维。
(5)将得到的电纺丝纤维在70℃干燥6小时，挥发掉溶剂，即可得到含有氧化钨的纳米复合材料。
实施例4制备方法
一种具有调节红外线透过性能的纺织品的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1克聚丙烯腈溶解在3毫升丙酮溶剂中，室温搅拌3小时；
(2)将0.8克氧化锆纳米粒子加入到3毫升三氟乙酸和丙酮的混合溶剂(1/1体积比)中，50℃磁力搅拌4小时后；
(3)将步骤(1)、(2)所得的均匀溶液混合，继续搅拌30分钟后加入到电纺丝喷头针管内；
(4)控制从静电纺丝设备的喷丝口到收集板之间的电压在30kV,用铝箔板收集电纺丝纤维；
(5)将得到的电纺丝纤维在80℃干燥4小时，挥发掉溶剂，即可得到含有氧化钨的纳米复合材料。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种具有调节红外线透过性能的纺织品，其特征在于，它包括聚合物和具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子。
2.如权利要求1所述的具有调节红外线透过性能的纺织品，其特征在于，所述具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子选自纳米氧化钨、纳米二氧化钛、纳米钒酸钨、纳米氧化锆中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的具有调节红外线透过性能的纺织品，其特征在于，所述聚合物聚合物选自聚酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乙烯醇縮丁醛、聚氧化乙烯中的一种或多种的均聚物或共聚物。
4.如权利要求3所述的具有调节红外线透过性能的纺织品，其特征在于，所述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸二烯丙酯、聚间苯二甲酸二烯丙酯、聚对苯二甲酸环己垸对二甲酯、聚萘二甲酸丁二酯、聚己二酸丙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙交酯、聚乙交酯、聚己内酯、聚羟基丁酸酯中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的具有调节红外线透过性能的纺织品，其特征在于，所述聚丙烯酸包括聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸正丁酯、聚a-氯代丙烯酸甲酯中的一种或多种。
6.如权利要求3所述的具有调节红外线透过性能的纺织品，其特征在于，所述聚酰胺包括聚己内酰胺、聚己二酸己二胺、聚癸二酸癸二胺中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的具有调节红外线透过性能的纺织品，其特征在于，所述具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子的质量百分数为0.5％～50％，所述聚合物的质量百分数为50％～99.5％，所述量基于成型的纺织品的质量。
8.如权利要求3所述的具有调节红外线透过性能的纺织品，其特征在于，所述具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子与聚合物质量配比在1/20～1/1范围内，以获得不同的抗红外透过能力。
9.根据权利要求1～8任一权利要求所述的具有调节红外线透过性能的纺织品的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将所述聚合物搅拌溶解在溶剂中，形成聚合物溶液A；
2)通过机械搅拌将所述具有调节红外透过率功能的无机纳米粒子溶解在溶剂中，形成聚合物溶液B；
3)将步骤2)得到的聚合物溶液B加入到步骤1)得到的聚合物溶液A中，搅拌混合后形成纺丝液C；其中，纺丝液C中聚合物的质量百分数浓度为0.5％～50％，无机纳米粒子的质量百分数浓度为0.5％～50％；
4)将步骤3)得到的纺丝液C加入到电纺丝设备的喷丝管中，通过电纺丝将纺丝液C喷射到导电收集板上，得到含有掺杂无机纳米粒子和聚合物的复合纤维D或纤维构成的薄膜E；
5)将步骤4)得到的复合纤维D或薄膜E进行后处理，得到成型的纺织品。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)和步骤2)中提及的溶剂选自三氟乙酸、三氯乙酸、二氯乙垸、二氯甲烷、丙酮、三氯甲烷、三氯乙垸、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、甲酸、乙酸、乙醇、水中的一种或多种。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：步骤1)至步骤3)中的所述搅拌的温度为30-90℃、搅拌的速度为50-200转/分钟、搅拌的时间为4-12小时。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中的后处理是指，将通过电纺丝得到的含有无机纳米粒子和聚合物的复合纤维在室温至80℃温度区间内干燥以去除其中的溶剂。
13.根据权利要求1～8任一权利要求所述的具有调节红外线透过性能的纺织品在室外抗红外辐射工作服中的应用。
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