CN113529201A - 一种吸湿放热与相变调温结合的复合面料及其制备方法 - Google Patents

一种吸湿放热与相变调温结合的复合面料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种吸湿放热与相变调温结合的复合面料及其制备方法，涉及面料加工技术领域，所述复合面料由聚丙烯腈和功能化微胶囊制成，功能化微胶囊的壁材为水性环氧树脂，芯材为相变材料。本发明通过功能化微胶囊的添加使所制面料兼具吸湿放热与相变调温的双重功能，其中吸湿放热功能可以增强面料的保暖效果，满足FZ/T 73036‑2010的标准要求；相变调温功能具有双向温度调节作用，使面料保持在一个舒适的温度范围，两种功能的复合可以显著改善面料的穿着舒适性，进而提高面料的市场竞争力。

Description

一种吸湿放热与相变调温结合的复合面料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及面料加工技术领域，具体涉及一种吸湿放热与相变调温结合的复合面料及其制备方法。
背景技术：
发热纤维包括吸湿发热纤维、光能发热纤维、相变材料、化学放热材料和电能发热材料，是积极产热式保暖材料。
吸湿发热纤维具有大量的亲水基团，吸湿性和发热性良好，能够在吸湿的同时释放热量。天然纤维都具有一定的吸湿发热性能，羊毛的吸湿放热效应尤为明显，但羊毛存在缩水、起皱、易变形的缺点。
相变纤维是利用物质相变过程中释放或吸收潜热、温度保持不变的特性开发出来的一种蓄热调温功能纤维。当环境温度或人体皮肤温度达到服装内相变材料熔点时，相变材料吸收热量，同时从固态转为液态，以此在服装内层产生短暂的致冷效果。热能可能来自外界温暖环境，也可能来自人体本身，一旦相变材料完全熔化，储能便结束。如果在低于相变材料结晶温度的寒冷环境下使用，服装的温度会低于相变温度，此时液态的相变材料将转变回固态，释放其储存的能量，提供短暂的加热效果。
本发明将吸湿放热与相变调温两种发热方式相结合，提供一种复合面料的制备方法，可以根据环境及人体温度的变化来储存或者释放热量，改善面料的穿着舒适性。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种吸湿放热与相变调温结合的复合面料及其制备方法，通过功能化微胶囊的添加来同时发挥吸湿放热与相变调温两种作用方式，简化面料的制备工序，降低面料的加工成本，保证面料的穿着舒适性。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
本发明提供了一种吸湿放热与相变调温结合的复合面料，由聚丙烯腈和功能化微胶囊制成，功能化微胶囊的壁材为水性环氧树脂，芯材为相变材料；
所述水性环氧树脂是由环氧树脂和硅烷偶联剂KH550制成，环氧树脂与硅烷偶联剂KH550的摩尔比为(2-5):1，环氧树脂的摩尔量以环氧基计。
所述聚丙烯腈与功能化微胶囊的质量比为(90-99):(1-10)。
所述水性环氧树脂、相变材料的质量比为1-10:1。
所述相变材料为石蜡、月桂酸、十八烷中的至少一种。可选择的相变材料不限于此，C14-C30的正构烷烃、C8-C18的脂肪酸及其酯也能作为相变材料。
所述功能化微胶囊的粒径为5-20μm。
所述水性环氧树脂的制备方法是先将环氧树脂溶解于丙酮中，再加入硅烷偶联剂KH550，搅拌下加热至回流后保温反应，待硅烷偶联剂KH550反应完全后停止反应，减压蒸馏除去丙酮，剩余物真空干燥，得到水性环氧树脂。
由于环氧树脂分子的结构中含有环氧基，硅烷偶联剂KH550分子的结构中含有氨基和硅氧基，因此在加热条件下环氧基可以快速与氨基发生反应，环氧基经开环产生羟基，从而在环氧树脂分子的结构中引入羟基和硅氧基。羟基的存在会提高环氧树脂的亲水性，进而增强壁材的吸湿性能；硅氧基的存在会提高环氧树脂的力学强度和耐高温性，进而增强壁材的包封性能和耐热性能。
本发明还提供了上述复合面料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将相变材料和乳化剂加入去离子水中，乳化得到芯材溶液；
(2)将水性环氧树脂溶于丙酮中，得到壁材溶液；
(3)将芯材溶液逐滴滴加到壁材溶液中，再加入固化剂，加热搅拌直至丙酮完全挥发，过滤，洗涤，干燥，得到功能化微胶囊；
(4)将聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液；
(5)向纺丝液中加入功能化微胶囊，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，水洗，干燥，并经纺纱、织造，得到复合面料。
所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、吐温中的至少一种。
所述乳化剂在芯材溶液中的质量浓度为1-10％。
所述固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的至少一种。固化剂的加入是为了促进环氧树脂的固化，对芯材形成稳定的包封结构。
所述水性环氧树脂、固化剂的质量比为100:(5-15)。
选用上述水性环氧树脂作为功能化微胶囊的壁材，一方面水性环氧树脂结构中羟基的存在可以捕捉空气中运动着的水分子，将水分子吸附在纤维表面，并将水分子的动能转变为热量，从而发挥吸湿放热的作用；另一方面，固化后的环氧树脂可以对芯材起到很好的包封作用，同时耐热性好，能够保证相变材料高效且稳定地发挥其调温作用。
所述相变材料为N-乙基琥珀酰亚胺。
选用N-乙基琥珀酰亚胺作为相变材料，目的是为了优化面料的相变调温功能，而本领域的现有技术并未公开过将N-乙基琥珀酰亚胺作为相变材料，本领域的公知常识也未给出将N-乙基琥珀酰亚胺作为相变材料的技术启示，但在本发明中实现了N-乙基琥珀酰亚胺作为相变材料的新用途，并取得了优于石蜡、月桂酸、十八烷的作用效果。
本发明的有益效果是：本发明通过功能化微胶囊的添加使所制面料兼具吸湿放热与相变调温的双重功能，其中吸湿放热功能可以增强面料的保暖效果，最高升温值超过4℃，30min内平均升温值超过3℃，满足FZ/T 73036-2010的标准要求；相变调温功能具有双向温度调节作用，使面料保持在一个舒适的温度范围，两种功能的复合可以显著改善面料的穿着舒适性，进而提高面料的市场竞争力。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
1、水性环氧树脂的制备：
先将环氧树脂E51溶解于丙酮中，再加入硅烷偶联剂KH550，环氧树脂与硅烷偶联剂KH550的摩尔比为4:1，搅拌下加热至回流后保温反应，待硅烷偶联剂KH550反应完全后停止反应，减压蒸馏除去丙酮，剩余物真空干燥，得到水性环氧树脂。
2、复合面料的制备：
(1)将35#石蜡和十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中，乳化得到芯材溶液，乳化剂在芯材溶液中的质量浓度为5％。
(2)将水性环氧树脂溶于丙酮中，得到壁材溶液。
(3)将芯材溶液逐滴滴加到壁材溶液中，水性环氧树脂与35#石蜡的质量比为5:1，再加入二乙烯三胺，水性环氧树脂与固化剂的质量比为100:10，加热搅拌直至丙酮完全挥发，过滤，洗涤，干燥，得到平均粒径15.8μm的功能化微胶囊。
(4)将聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液。
(5)向纺丝液中加入功能化微胶囊，聚丙烯腈与功能化微胶囊的质量比为95:5，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，水洗，干燥，并经纺纱、织造，得到复合面料。
实施例2
1、水性环氧树脂的制备：
先将环氧树脂E44溶解于丙酮中，再加入硅烷偶联剂KH550，环氧树脂与硅烷偶联剂KH550的摩尔比为4:1，搅拌下加热至回流后保温反应，待硅烷偶联剂KH550反应完全后停止反应，减压蒸馏除去丙酮，剩余物真空干燥，得到水性环氧树脂。
2、复合面料的制备：
(1)将月桂酸和吐温60加入去离子水中，乳化得到芯材溶液，乳化剂在芯材溶液中的质量浓度为8％。
(2)将水性环氧树脂溶于丙酮中，得到壁材溶液。
(3)将芯材溶液逐滴滴加到壁材溶液中，水性环氧树脂与月桂酸的质量比为4:1，再加入三乙烯四胺，水性环氧树脂与固化剂的质量比为100:10，加热搅拌直至丙酮完全挥发，过滤，洗涤，干燥，得到平均粒径13.5μm的功能化微胶囊。
(4)将聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液。
(5)向纺丝液中加入功能化微胶囊，聚丙烯腈与功能化微胶囊的质量比为94:6，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，水洗，干燥，并经纺纱、织造，得到复合面料。
实施例3
1、水性环氧树脂的制备：
先将环氧树脂E51溶解于丙酮中，再加入硅烷偶联剂KH550，环氧树脂与硅烷偶联剂KH550的摩尔比为3:1，搅拌下加热至回流后保温反应，待硅烷偶联剂KH550反应完全后停止反应，减压蒸馏除去丙酮，剩余物真空干燥，得到水性环氧树脂。
2、复合面料的制备：
(1)将十八烷和十二烷基硫酸钠加入去离子水中，乳化得到芯材溶液，乳化剂在芯材溶液中的质量浓度为10％。
(2)将水性环氧树脂溶于丙酮中，得到壁材溶液。
(3)将芯材溶液逐滴滴加到壁材溶液中，水性环氧树脂与十八烷的质量比为3:1，再加入二乙烯三胺，水性环氧树脂与固化剂的质量比为100:12，加热搅拌直至丙酮完全挥发，过滤，洗涤，干燥，得到平均粒径14.2μm的功能化微胶囊。
(4)将聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液。
(5)向纺丝液中加入功能化微胶囊，聚丙烯腈与功能化微胶囊的质量比为95:5，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，水洗，干燥，并经纺纱、织造，得到复合面料。
实施例4
实施例4是将实施例1中的35#石蜡替换为等质量的N-乙基琥珀酰亚胺，其余制备步骤同实施例1。
对比例
对比例是将实施例1中的水性环氧树脂替换为等质量的市售水性环氧树脂EPIKOTE WD-510A，其余制备步骤同实施例1。
按照标准FZ/T 73036-2010测试复合面料的吸湿放热性能，采用示差扫描量热法测试复合面料的相变调温性能，测试结果见表1。
表1
最高升温值/℃ 30min内平均升温值/℃ 相变温度/℃ 相变焓J/g
实施例1 5.4 3.2 15-38 126
实施例2 5.7 3.4 18-42 140
实施例3 6.0 3.5 20-36 135
实施例4 6.5 3.7 15-40 147
对比例 3.2 1.3 18-35 112
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种吸湿放热与相变调温结合的复合面料，其特征在于：由聚丙烯腈和功能化微胶囊制成，功能化微胶囊的壁材为水性环氧树脂，芯材为相变材料；所述水性环氧树脂是由环氧树脂和硅烷偶联剂KH550制成，环氧树脂与硅烷偶联剂KH550的摩尔比为(2-5):1，环氧树脂的摩尔量以环氧基计。
2.根据权利要求1所述的复合面料，其特征在于：所述聚丙烯腈与功能化微胶囊的质量比为(90-99):(1-10)。
3.根据权利要求1所述的复合面料，其特征在于：所述水性环氧树脂、相变材料的质量比为1-10:1。
4.根据权利要求1所述的复合面料，其特征在于：所述相变材料为石蜡、月桂酸、十八烷中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的复合面料，其特征在于：所述功能化微胶囊的粒径为5-20μm。
6.根据权利要求1所述的复合面料，其特征在于：所述水性环氧树脂的制备方法是先将环氧树脂溶解于丙酮中，再加入硅烷偶联剂KH550，搅拌下加热至回流后保温反应，待硅烷偶联剂KH550反应完全后停止反应，减压蒸馏除去丙酮，剩余物真空干燥，得到水性环氧树脂。
7.权利要求1-6任一项所述的复合面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将相变材料和乳化剂加入去离子水中，乳化得到芯材溶液；
(2)将水性环氧树脂溶于丙酮中，得到壁材溶液；
(3)将芯材溶液逐滴滴加到壁材溶液中，再加入固化剂，加热搅拌直至丙酮完全挥发，过滤，洗涤，干燥，得到功能化微胶囊；
(4)将聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中，溶解得到纺丝液；
(5)向纺丝液中加入功能化微胶囊，混合均匀后经喷丝孔挤出，凝固浴中凝固成型，热牵伸，水洗，干燥，并经纺纱、织造，得到复合面料。
8.根据权利要求7所述的复合面料的制备方法，其特征在于：所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、吐温中的至少一种；所述乳化剂在芯材溶液中的质量浓度为1-10％。
9.根据权利要求7所述的复合面料的制备方法，其特征在于：所述固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的至少一种。
10.根据权利要求7所述的复合面料的制备方法，其特征在于：所述水性环氧树脂、固化剂的质量比为100:(5-15)。
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