CN112941919B - 一种自发热功能材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种自发热功能材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112941919B CN112941919B CN202110143878.0A CN202110143878A CN112941919B CN 112941919 B CN112941919 B CN 112941919B CN 202110143878 A CN202110143878 A CN 202110143878A CN 112941919 B CN112941919 B CN 112941919B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- self
- phytic acid
- washing
- water
- feather
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 claims abstract description 58
- IMQLKJBTEOYOSI-GPIVLXJGSA-N Inositol-hexakisphosphate Chemical compound OP(O)(=O)O[C@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](OP(O)(O)=O)[C@H](OP(O)(O)=O)[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H]1OP(O)(O)=O IMQLKJBTEOYOSI-GPIVLXJGSA-N 0.000 claims abstract description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 12
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 12
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 8
- ZXAUZSQITFJWPS-UHFFFAOYSA-J zirconium(4+);disulfate Chemical compound [Zr+4].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZXAUZSQITFJWPS-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 7
- 241000272814 Anser sp. Species 0.000 claims description 6
- 241000272525 Anas platyrhynchos Species 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims 1
- IMQLKJBTEOYOSI-UHFFFAOYSA-N Phytic acid Natural products OP(O)(=O)OC1C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C(OP(O)(O)=O)C1OP(O)(O)=O IMQLKJBTEOYOSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 27
- 229940068041 phytic acid Drugs 0.000 abstract description 27
- 235000002949 phytic acid Nutrition 0.000 abstract description 27
- 239000000467 phytic acid Substances 0.000 abstract description 27
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 23
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 21
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 10
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 10
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 10
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 9
- -1 antibacterial Substances 0.000 description 7
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 7
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 7
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 7
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 6
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 6
- 101710200191 Feather keratin Proteins 0.000 description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 2
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 2
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 2
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000858 Cyclodextrin Polymers 0.000 description 1
- 102000011782 Keratins Human genes 0.000 description 1
- 108010076876 Keratins Proteins 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000723554 Pontia occidentalis Species 0.000 description 1
- 229930182558 Sterol Natural products 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003064 anti-oxidating effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 238000002186 photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009145 protein modification Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- HFHDHCJBZVLPGP-UHFFFAOYSA-N schardinger α-dextrin Chemical compound O1C(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(O)C2O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC2C(O)C(O)C1OC2CO HFHDHCJBZVLPGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 150000003432 sterols Chemical class 0.000 description 1
- 235000003702 sterols Nutrition 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
- 235000011178 triphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000001226 triphosphate Substances 0.000 description 1
- UNXRWKVEANCORM-UHFFFAOYSA-N triphosphoric acid Chemical compound OP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O UNXRWKVEANCORM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M19/00—Treatment of feathers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A41—WEARING APPAREL
- A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
- A41D31/00—Materials specially adapted for outerwear
- A41D31/04—Materials specially adapted for outerwear characterised by special function or use
- A41D31/06—Thermally protective, e.g. insulating
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/51—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with sulfur, selenium, tellurium, polonium or compounds thereof
- D06M11/55—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with sulfur, selenium, tellurium, polonium or compounds thereof with sulfur trioxide; with sulfuric acid or thiosulfuric acid or their salts
- D06M11/56—Sulfates or thiosulfates other than of elements of Groups 3 or 13 of the Periodic Table
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M13/244—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing sulfur or phosphorus
- D06M13/282—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing sulfur or phosphorus with compounds containing phosphorus
- D06M13/292—Mono-, di- or triesters of phosphoric or phosphorous acids; Salts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
Abstract
本发明提供了一种自发热功能材料及其制备方法和应用，将材料浸渍于植酸溶液中，再浸渍于含锆溶液中，重复多次，再烘干，与现有技术相比，本发明首次公开了基于层层自组装工艺实现Zr(Ⅳ)对羽绒纤维功能修饰的技术和性能。基于本发明方法制备的Zr(Ⅳ)修饰羽绒具有负载量大、结合牢度高等特点，经150W红外面辐射源照射30s，修饰羽绒的温升最高可达到3.75℃，远超过未处理的羽绒原样；并且经8次水洗，红外辐射自发热温升值降低幅度在5％以内。且，本发明技术中使用的植酸为天然有机酸，可自然降解，工艺技术具有环保属性。
Description
技术领域
本发明属于羽绒制备领域，具体涉及一种自发热功能材料及其制备方法和应用。
背景技术
羽绒具有轻质、蓬松度高等特点，是当今保暖性能最好的天然纤维填充物，已被广泛应用于御寒服装、寝具的加工。但传统羽绒制品也还存在厚重、臃肿等问题，这与当今服装轻量化、简易便捷的发展趋势和市场需求不相吻合。于是，如何进一步提升羽绒纤维的保暖性能吸引了研究学者的关注。
基于金属离子及其氧化物的远红外效应(吸收外界红外线辐射能量，促使自身温度提升)，通过接枝、包覆/包埋等途径将铜、锌、锆等金属离子或其氧化物修饰到羽绒纤维上，可提升羽绒的保温性能，其中Zr(IV)对羽绒修饰改性的报道较多，提升羽绒红外温升性能最为突出。但因羽绒表面由甾醇、三磷酸酯等双分子层构成，具有疏水特性，接枝耗时长，接枝率低，金属离子负载量有限；同时金属离子与羽绒蛋白大分子之间作用力弱，存在耐水洗牢度不高等问题；环糊精等包覆剂的使用还对羽绒蓬松度造成影响，合成交联剂的使用也损伤羽绒的天然纤维属性，以上都阻碍了Zr(IV)修饰羽绒的规模化生产。
层层自组装(Layer-by-layer self-assembly,LBL)是利用逐层交替沉积的方法，借助各层分子间的相互作用，使层与层自发地缔合形成结构完整、性能稳定、具有某种特定功能的分子聚集体或超分子结构的过程。LBL拥有独特的技术优势，可通过改变自组装层数以及聚电解质类别实现对大尺度综合调控。当前，LBL已广泛用于阻燃、抗菌、拒水拒油等多功能纤维材料的制备。
发明内容
本发明提供了一种自发热功能材料的制备方法，提高其保暖性能；尤其适用于羽绒，在不损伤羽绒自身蓬松性能的前提下，可显著提升羽绒的保暖性能，适用于不同规格的鹅绒、鸭绒等材料；也可用于蚕丝、羊毛、兔毛等蛋白质类动物皮毛的功能修饰，提高保暖性。
本发明另一目的在于提供一种自发热功能材料。
本发明最后一个目的在于提供一种自发热功能材料的应用，用于制作保暖用品，包括但不限于保暖服装、寝具。
本发明具体技术方案如下：
一种自发热功能材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将材料浸渍于含磷酸根基团的溶液中，取出，水洗、脱水；
2)再浸渍于含锆溶液中，取出，水洗、脱水；
3)重复步骤1)-步骤2)操作，再烘干，即得。
进一步的，步骤1)中所述材料选自动物的皮、毛或羽；优选为鹅绒、鸭绒、蚕丝、羊毛或兔毛；更优选的为鹅绒或鸭绒。
步骤1)中所述含磷酸根基团的溶液优选为植酸溶液，植酸具有6个可反应的磷酸根基团，修饰量大；同时，植酸是可降解的生物质酸，有生态环保属性。
进一步的，所述植酸溶液质量浓度为0.7-1.8％；
步骤1)所述浸渍是指常温下浸渍于溶液中10-20min；
步骤1)中所述水洗是指用蒸馏水水洗；浸渍水洗5-10min，目的是避免表面粘附的植酸脱落到含锆溶液中，致使含锆溶液自身络合失效。
步骤1)中所述脱水是指离心脱水。脱水后羽绒带水率为50-80％；脱水工艺优选为：3000-4000转/分条件下脱水3-6分钟。脱水的目的是避免大量的水进入硫酸锆溶液，致使溶液浓度变小，影响负载量。
步骤2)中所述含锆溶液优选为硫酸锆溶液；
步骤2)中所述浸渍是指在室温下浸渍时间5-15min；
步骤2)中所述水洗是指用蒸馏水水洗，采用浸渍水洗5-10min；水洗去除表面粘附的锆离子，粘附在纤维表面的锆并不牢度，只是表面弱结合，若不去除，则可能在下一步植酸浸渍中，脱落到植酸溶液中致使植酸失去与纤维表面的络合效能；
步骤2)中所述脱水是指离心脱水。水工艺优选为3000-4000转/分，脱水3-6分钟；脱水后羽绒带水率为50-80％；脱水的目的是为了避免大量的水进入后面处理的植酸溶液中，影响负载量。
步骤3)中重复步骤1)-步骤2)操作0-15次。
步骤3)中所述烘干是指温度不高于110℃下鼓风烘干至恒重；
步骤3)中烘干后，封闭保存；密闭没有其他特殊要求，就是防尘作用。
本发明提供的一种自发热功能材料，采用上述方法制备得到。
本发明提供的一种自发热功能材料的应用，用于制作保暖用品，包括但不限于保暖服装、寝具。
层层自组装LBL成膜驱动力包括氢键、库仑力、配位键作用力等。其中，配位键的键能强于氢键、库仑力等作用力，以配位键作为驱动力的层层自组装膜可获得优异的物理与化学稳定性能。本发明选用植酸溶液作为磷酸根基团供体，植酸为天然有机酸，可自然降解；同时植酸分子含有6个磷酸基团，是优异的金属离子和蛋白的多齿螯合剂；羽绒纤维先浸渍植酸溶液，由于植酸的酸性，在此酸性溶液中羽绒蛋白电离带正电，可与聚阴荷性的植酸发生自组装，后浸渍硫酸锆溶液，结合到羽绒上的植酸可与Zr(IV)发生配位作用，经多次循环层层自组装后，负载到羽绒纤维表面的锆离子数量将逐级增加。
本专利技术采用层层自组装技术对羽绒进行Zr(IV)功能修饰，具有工艺温和，操作简便等优势，摒弃了传统化学修饰或功能整理对羽绒蓬松性能的影响，易于推广和规模化生产。本发明也可为红外辐射发热功能羽绒及其他蛋白质材料的制备提供技术方案和实践参考，也为羽绒的低损伤功能化修饰提供了新思路。
与现有技术相比，本发明首次公开了基于层层自组装工艺实现Zr(Ⅳ)对羽绒纤维功能修饰的技术和性能。基于本发明方法制备的Zr(Ⅳ)修饰羽绒具有负载量大、结合牢度高等特点，经150W红外面辐射源(发射波长为5-14μm)照射30s，修饰羽绒的温升最高可达到3.75℃，远超过未处理的羽绒原样；并且经8次水洗，红外辐射自发热温升值降低幅度在5％以内。且，本发明技术中使用的植酸为天然有机酸，可自然降解，工艺技术具有环保属性。
附图说明
图1为本发明自发热功能羽绒材料的制备方法示意图；
图2为本发明不同自组装层数的羽绒微观形貌；
图3为本发明制备的自发热功能羽绒外观及其蓬松性能；
图4为未处理羽绒和本发明制备的15层自组装羽绒表面元素XPS图；
图5为本发明制备的自发热功能羽绒元素分布图；
图6为本发明不同自组装层数的羽绒表面元素XPS图；
图7为不同自组装层数羽绒表面负载Zr、P两种元素的原子数量占比；
图8为本发明制备的自发热功能羽绒的表面基团分布及聚集态结构；
图9为本发明制备的不同层数自发热功能羽绒红外温升性能；
图10为本发明制备的不同层数自发热功能羽绒耐水性牢度测试结果；
图11本发明制备的自发热功能羽绒原理示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种自发热功能材料的制备方法，包括以下步骤：
1)选用含绒量为95％的皖西白鹅绒为原料(由安徽华隽羽绒制品有限公司提供)，配制质量分数为1％的植酸溶液，质量浓度为10g/L的硫酸锆溶液；精确称量烘干的皖西白鹅绒3g，并在常温下浸渍于植酸溶液中15min，取出并经蒸馏水浸渍水洗10min，再离心脱水：3000转/分条件下脱水5分钟；脱水后羽绒带水率为51％；
2)步骤1)处理后的皖西白鹅绒浸渍于硫酸锆溶液10min，取出并经蒸馏水浸渍水洗10min，离心脱水：3000转/分条件下脱水4分钟；脱水后羽绒带水率为53％；
3)上述步骤1)-步骤2)操作为1层自组装；重复上述操作，依次制备出自组装5层、10层和15层的羽绒样品，再于100℃鼓风烘干至恒重，封闭保存，用于性能测试。
将实施例1处理后的羽绒和处理前的羽绒进行测试对比，结果如下：
一、修饰前后羽绒微观形貌及基础品质分析：
在1.0K倍数下观察羽绒表面微观形貌，图2中a1,a2为未修饰羽绒；b1,b2为10层自组装修饰羽绒；c1,c2为15层自组装修饰羽绒。未修饰羽绒可见羽绒呈现立体形貌，绒丝上间隔分布有绒小枝，绒小枝与绒丝之间形成了θ＝30-45°夹角，共同支撑起羽绒的立体形貌特征，可储存大量静止空气；绒丝和绒小枝表面光滑平整，无附着物(如图2中a1、a2)。经本发明自组装修饰后，绒丝及绒小枝表面均附着了大量颗粒，附着物成均匀分布状态，未见明显凸起或集聚；进一步可以得知，15层自组装羽绒表面附着物要明显多于10层自组装羽绒，可见附着物将随着自组装层数的增加逐渐增加；经本发明实施例自组装工艺后，绒丝与绒小枝之间的夹角形貌未发生明显变化，保留了羽绒原样的特征形貌(如图2所示)。
二、修饰前后羽绒的基础品质分析：
蓬松度是衡量羽绒品质的关键指标。羽绒是立体球状结构，以绒核为中心，分布有十余根及更多的绒丝，同时绒丝上还分布有绒小枝结构，绒丝和绒小枝结构穿插分布，形成立体网状形貌，可封锁大量静止空气，整体密度与空气相当，这正是羽绒具有高蓬松和高保暖性能的重要原因。蓬松度越高意味着羽绒中可存储的静置空气越多，保温性能更高。蓬松度还可用作考察自组装工艺对羽绒损伤程度的评价指标，若羽绒受损严重，则其蓬松度将有明显下降。
在蓬松度测试中，采用了自制的测试方法，具体操作如下：选用370ml的透明玻璃瓶，向瓶中放入0.6g的羽绒样品，后将质量为2.32g的纸板压到羽绒样品上方，静置10min后，测量瓶中羽绒样品的高度，通过该高度值反映羽绒的蓬松度。
羽绒蓬松度测试如图3所示，图3中，a为羽绒原样(未处理的羽绒)蓬松度测试情况，b为实施例1制备的5层组装羽绒蓬松度测试情况，c为实施例1制备的10层组装羽绒蓬松度测试情况；d为实施例1制备的15层组装羽绒蓬松度测试情况；e为羽绒原样(未处理的羽绒)实样照，f为15层自组装羽绒样品的实样照。羽绒原样(未处理的羽绒)在测试瓶中的高度平均值为8.05±0.3cm，自组装5层、10层以及15层自组装的羽绒样品的高度也处于8.00-8.11cm区间，可见经本发明修饰后，羽绒的蓬松度未出现明显变化。选取羽绒原样和15层自组装羽绒样品的实样照，见图3中e和f，也未发现绒丝从绒核上脱落(绒丝根数变少)、断丝(细长绒丝顶端断裂、脱落)等现象，绒朵仍呈自然舒展的球状形貌。尽管本发明中采用的植酸溶液具有较强的酸性，但蛋白质自身具有耐酸不耐碱的属性，同时羽绒角蛋白表面还分布有结构致密的类脂成分以及稳定的二硫键结构，这正是羽绒常温下浸渍植酸溶液但基体并未受到损伤的原因，由此可知本发明采用的植酸/硫酸锆溶液自组装体系对于羽绒基体来说是一种温和的处理工艺。
参照GB/T 10288-2016方法，测试羽绒的浊度(清洁度)、耗氧量、残脂率、气味；同时还参照了织物白度的测试方法对羽绒白度进行测试，具体：将0.6g羽绒放入透明塑封袋中，平整使羽绒在袋中均匀分布，后放置于荧光白度仪上测试其蓝光白度值(R457)。羽绒原样和实施例1制备的5层、10层以及15层自组装羽绒样品检测结果如下表1：
表1.羽绒的基础指标
除蓬松度外，评价羽绒的重要指标还包括耗氧量、浊度、残脂率等指标。采用蒸馏水对不同的羽绒样品进行振荡水洗，后采用150目的标准筛过滤羽绒样品，取滤液，并对滤液进行测试。耗氧量反映滤液中还原性物质的含量，耗氧量值越高反映羽绒中残留的污渍成分越多，羽绒品质越差；本发明中5层、10层以及15层自组装羽绒样品的耗氧量与原样相当，且均未超过GB17685-2016标准的限值。浊度即滤液的透明度，反映羽绒的清洁度，浊度值与羽绒的品质成正相关，本发明中自组装的羽绒浊度值虽有波动，但未出现明显下降。残脂率是采用乙醚对羽绒样品进行萃取，经称重法测试样品的油脂含量，自组装后羽绒的残脂率有下降趋势，原因在于修饰组分覆盖了羽绒纤维表面，部分油脂难以萃取完全，另外修饰的组成也增加了羽绒基体的质量。此外，自组装修饰后羽绒的白度值有所提升，这与植酸的抗氧化作用有关；自组装羽绒无刺激性气味。
三、修饰羽绒的元素组成、基团分布及聚集态结构分析：
采用ESCALAB 250XI型X射线光电子能谱仪(美国Thermo Fisher公司)测定羽绒试样的光电子能谱图，分析研究修饰反应前后羽绒纤维结构变化。测试条件：真空度为5×10- 7Pa，内标校正荷电效应是C1s(284.6eV)，X射线激发源为Al kα(hv＝1486.6eV)。
在XPS谱图中，134.51,183.45,284.78,400.31,532.10eV峰位的信号依次对应P、Zr、C、N、O五种元素的特征吸收。羽绒原样未出现P、Zr两元素的吸收信号，相对应地，经本发明15层自组装加工的羽绒，在P、Zr两元素对应峰位均呈现了明显吸收，表明羽绒表面已负载了上述两种元素(图4)，且两种元素分布较为均匀，没有明显聚集及结块现象(图5)。进一步地，实验还对比测试了不同自组装层数羽绒表面负载Zr、P两种元素的原子数量占比，如图7所示，随着自组装层数的递增，Zr、P原子的的占比逐渐递增，其中以自组装15层羽绒为例，表面Zr、P原子的占比分别为1.04％和0.72％；与自组装5层的羽绒样品相比，原子数占比分别提升了31.65％和7.46％；但相对于自组装10层的羽绒样品而言，上述两元素原子数比例递增分别为9.85％和2.61％，考虑到时间成本及生产加工效率问题，自组装层数不宜越多越好；10层为适宜层数。
本发明采用的植酸组分是现有技术从米糠中提取的无毒天然有机大分子，分子中含有6个磷酸基，每个磷酸基中又有2个羟基和4个氧原子，与未处理的羽绒原样对比，自组装羽绒在3150-3425cm-1波段的吸收信号明显增强，系植酸负载到羽绒表面致使-OH等活性基团增多，信号增强；且随着自组装层数的递增，植酸的负载量逐渐增加，对应光谱的特征吸收信号亦逐渐增强(图8中左图所示)。自组装羽绒在2925cm-1,2964cm-1处的吸收峰是-CH2-、-CH-以及-CH3中的C-H伸缩振动峰，归属于植酸组分的特征吸收；与之同时，自组装羽绒在1383cm-1处出现新的吸收峰，该信号归属于O＝P-O-Zr的特征吸收，表明Zr离子已负载到羽绒纤维表面，并与植酸组分形成了配位键；3068cm-1处出现新的宽吸收峰，推测归属于为羟基缔合氢键的伸缩振动；综上分析表明，采用本实验所述自组装工艺，锆离子、植酸组分已成功负载到了羽绒纤维表面。
进一步地，自组装前后羽绒样品的XRD谱图峰形和峰位保持一致，如图8中右图所示，其中9.8°(对应晶面间距0.98nm)和19.8°(对应晶面间距0.47nm)处的衍射峰分别对应了羽绒角蛋白中的α-螺旋结构和β-折叠结构；本实验中自组装工艺在室温下进行，工艺温和，自组装中植酸及锆离子仅作用并负载在羽绒纤维表面，不损伤羽绒的聚集态结构，羽绒角蛋白主体结构未发生变化。再者，未处理羽绒的结晶度为17.55％，而5、10、15层自组装羽绒的结晶度分别为15.32％、14.78％、13.42％，这可能与自组装中植酸、锆离子、羽绒蛋白之间的交联降低了羽毛的结晶度有关。
四、修饰羽绒的红外温升效应及其耐水洗牢度
层层自组装修饰羽绒纤维表面负载了Zr(IV)组分，Zr(IV)具有卓越的远红外温升效应，可吸收中心波长在5-14μm的广域红外辐射源能量，进而转化为热能，自身温度提升。
本发明中，采用DR915W红外升温仪(温州大荣纺织仪器有限公司)测试羽绒样品的红外温升性能，具体测试操作如下：分别取0.5g自然蓬松状态的羽绒原样和实施例1制备的修饰羽绒，平铺于测试圆形凹槽内(凹槽半径为3cm，深3cm)，样品表面压平整，羽绒面接受红外光源辐射，其中红外辐射源波长为5-14μm，辐射功率150w，记录不同时间点的样品温度值，测试3次，取平均值。结果图9所示。
层层自组装羽绒经红外光源辐照30s后，表面温度有大幅提升，且温升值与Zr(IV)负载量成正比，15层自组装羽绒温升可达到3.75℃，相较于未修饰羽绒原样，温升值提升了72.8-74.2％。
同时为评价羽绒红外温升性能的耐水洗牢度，精准称取1g自组装羽绒样品，浸入500ml蒸馏水中，在40℃下振荡洗涤15min后烘干，并采用相同的红外温升测试方法对其进行测试；重复上述水洗操作，测试不同水洗次数后羽绒的红外温升性能。结果表明蒸馏水洗涤并未明显降低羽绒的温升值，经8次水洗后，相比未水洗前，5层自组装羽绒的温升值最大也仅下降了4.56％(图10所示)，由此可得出本发明中Zr(IV)具有较高的键合牢度，可满足纺织品水洗的基本需求。
本发明中，使用的植酸组分具有6个带负电的磷酸根基团，表现出很强的螯合能力，自组装过程中，植酸与Zr(IV)之间形成配位键，配位键的键能高于传统层层自组装的库仑力、氢键等作用力，在蒸馏水洗涤中不会发生断键，因此羽绒的红外温升效能未发生明显降低(图11所示)。与此同时，羽绒角蛋白的等电点PI在4.6-4.7之间，在植酸溶液的酸性浴作用下，羽绒蛋白发生电离带正电荷，羽绒蛋白和聚阴荷性的植酸组分之间具有强烈的静电作用，经浸渍处理，植酸将在羽绒纤维表面吸附、接枝，还表现出了快速高效的工艺优势。综上，本发明中植酸组分具有的多齿键合能力，确保了自组装过程在羽绒纤维上快速高效实施，同时羽绒蛋白、Zr(IV)、植酸三者之间可形成稳定的多元复合物，确保了Zr(IV)具有优异的键合牢度。
Claims (6)
1.一种自发热功能材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)将材料浸渍于植酸溶液中，浸渍后，水洗、脱水；
2)再浸渍于含锆溶液中，水洗、脱水；
3)重复步骤1)-步骤2)操作5-15次，再烘干，即得；
步骤1)中所述材料选自鹅绒或鸭绒；
步骤1)中所述植酸溶液质量浓度为0.7-1.8％；所述水洗是指用蒸馏水水洗；浸渍水洗5-10min；所述脱水是指离心脱水，脱水后羽绒带水率为50-80％；
步骤2)中所述含锆溶液为质量浓度10g/L的硫酸锆溶液，所述水洗是指用蒸馏水水洗，采用浸渍水洗5-10min；所述脱水是指离心脱水，脱水后羽绒带水率为50-80％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述浸渍是指常温下浸渍于植酸溶液中10-20min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述浸渍是指浸渍时间5-15min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述烘干是指不高于110℃下鼓风烘干至恒重。
5.一种权利要求1-4任一项所述制备方法制备的自发热功能材料。
6.一种权利要求1-4任一项所述制备方法制备的自发热功能材料的应用，其特征在于，用于制作保暖用品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110143878.0A CN112941919B (zh) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 一种自发热功能材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110143878.0A CN112941919B (zh) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 一种自发热功能材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112941919A CN112941919A (zh) | 2021-06-11 |
| CN112941919B true CN112941919B (zh) | 2023-08-29 |
Family
ID=76241656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110143878.0A Active CN112941919B (zh) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 一种自发热功能材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112941919B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115246259B (zh) * | 2022-02-10 | 2024-02-09 | 盐城工业职业技术学院 | 一种吸湿透气型保温羽绒复合面料及其制备方法 |
| CN114790600B (zh) * | 2022-04-26 | 2023-05-09 | 嘉兴市云龙服饰科技股份有限公司 | 一种三层排汗保暖面料及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106521927A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-03-22 | 华南理工大学 | 一种超疏水织物及其制备方法 |
-
2021
- 2021-02-02 CN CN202110143878.0A patent/CN112941919B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106521927A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-03-22 | 华南理工大学 | 一种超疏水织物及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 层层自组装法制备阻燃织物的研究进展;周颖雨等;《北京服装学院学报(自然科学版)》;20191230;第39卷(第04期);第87-98页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112941919A (zh) | 2021-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112941919B (zh) | 一种自发热功能材料及其制备方法和应用 | |
| Mylsamy et al. | Investigation on physio-chemical and mechanical properties of raw and alkali-treated Agave americana fiber | |
| Cao et al. | Effects of heat and alkali treatments on mechanical properties of kenaf fibers | |
| CN106049029B (zh) | 一种聚多巴胺包覆二氧化钒复合粉体基智能调温纺织品及其制作工艺 | |
| CN103046307A (zh) | 一种用等离子体处理提高木棉纤维吸水性的方法 | |
| CN110528158B (zh) | 一种基于纳米凝胶处理的长效抗污面料及其制备方法 | |
| CN111136968B (zh) | 一种防水防紫外线纺织面料 | |
| CN112900076A (zh) | 一种多功能涤纶纤维及其制备方法 | |
| CN106037099A (zh) | 一种粗纺羊毛面料的制作方法 | |
| Sheikhi et al. | Effect of drying and chemical treatment on bagasse soda pulp properties during recycling | |
| Perumalraj | Effect of sliver nanoparticles on wool fibre | |
| CN114645457B (zh) | 一种易于着色且耐老化的无纺布及其制备方法 | |
| CN107059243B (zh) | 一种抗静电粘胶纤维无纺布及其制备方法 | |
| Johnson et al. | Structure and properties of filamentous green algae | |
| Li et al. | Preparation and warmth retention of down fiber grafted with zirconium oxychloride | |
| CN1840775A (zh) | 处理织物和纤维的方法 | |
| JP7229788B2 (ja) | 活性炭素繊維材料 | |
| Brahma et al. | Dyeability and mechanical properties of banana fiber reinforced polypropylene composite | |
| Abdel-Maksoud et al. | Evaluation of Guar Gum for the Consolidation of Some Cellulosic Packaging Materials for Mummies | |
| CN114250541A (zh) | 吸湿速干抗菌面料及其制备方法 | |
| CN107603239A (zh) | 一种石墨烯‑蚕丝‑沙柳纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN108396581B (zh) | 一种纤维浆粕的制备方法及其制备的纤维浆粕 | |
| CN107326736B (zh) | 一种高强度超疏水纸的制备方法 | |
| Chauhan et al. | A Novel Bast Fiber Grewia optiva and the Effect of Mercerization on its Properties | |
| CN110184813A (zh) | 环保型羊毛蛋白纤维混纺纱 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |