CN113802365A - 一种用于个人热管理的抗油渍可穿戴制冷基础材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于个人热管理的抗油渍可穿戴制冷基础材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于个人热管理的抗油渍可穿戴制冷基础材料及其制备方法，属于个人热管理领域。本发明要解决传统面料仅通过汗液蒸发降温的缺点。本发明是将纳米氧化锌研磨后与氟碳表面活性剂和有机溶剂混匀，然后喷涂在透气性纤维面料表面，再晾干制成的。本发明协同了太阳高反射率、高散热率等性能，更好的进行人体表面降温，本发明产品降温性能良好，可实现比环境温度低4.9℃的效应。

Description

一种用于个人热管理的抗油渍可穿戴制冷基础材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种纤维素纺织物，特别是涉及一种具有高反射、高散热、抗油污的基础柔性材料，属于个人热管理领域。
背景技术
工业发展、高能耗产生的温室气体CO2逐年增加，产生全球性的变暖问题，地球全年平均温度逐渐升高，尤其在酷热的夏季，户外活动的人们遭遇严重的热应激现象，进而危害人体健康，并阻碍了社会劳动力及社会经济的可持续发展，然而传统空间集中式的降温技术(压缩制冷-空调)限制了人们的活动范围，开发一种能够自动制冷的抗油渍污染的多功能基础纺织品是人们迫切关注的问题。目前，用于个人热管理的传统方法，一是通过生产的面料，吸收汗液，蒸发达到降温的目的，但是该方法对降温范围产生一定限制；二是制备一种具有与空调压缩制冷类似的人体降温装置，但是该方法采用的人体制冷系统复杂，且产生电力消耗的问题。例如专利201810595861.7使用的自动制冷的纺织品面料由多层材料制备而成，制备方法及组成复杂，且没有良好的抗油渍污染功能。例如专利201820892863.8公开的一种穿戴式人体降温系统具有多种复杂的电子设备组成，一方面对人们活动的灵活性产生了一定阻碍，另一方面更是需要电力的支撑，产生的电磁波对人体易产生一定危害，是一种不环保的人体降温系统。如何简单、低成本的开发一种抗油渍吸汗、汗液蒸发(相变冷却)、辐射冷却等多功能的基础材料是研究人员及服装厂家待解决的难题。
现有技术存在的缺点：
(1)传统的面料通过吸收汗液进行人体降温，降温范围有限且面料吸收汗液容易饱和，其次是多数纺织品没有抗油渍污染的性能。
(2)现有的研究人员开发的电力人体穿戴降温系统，一方面装置的组成复杂，对人的活动产生了一定限制，另一方面需要电力的支撑，既不环保且产生的电磁对人体造成一定的危害。
发明内容
本发明的目的：解决现有技术普遍存在的问题，提供一种用于人体降温的抗油污穿戴基础材料的制备方法，该技术制备的柔性面料，具有简单、能耗低的制备技术，且面料降温的过程无需任何电力的支撑，依靠材料本身高反射、高散热、吸收汗液、蒸发相变降温多种性能即可对人体表面进行降温，达到人体舒适的状态，另外，该材料还具有优异的抗油渍污染性能。
本发明的目的提供一种无能耗、抗油渍并具有自动制冷多种功能的高透气性可穿戴基础面料。
本发明的目的提供一种无能耗、抗油渍并具有自动制冷多种功能的高透气性可穿戴基础面料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种用于个人热管理的抗油渍可穿戴制冷基础材料是将纳米氧化锌研磨后与氟碳表面活性剂和有机溶剂混匀，然后喷涂在透气性纤维面料表面，再晾干制成的，其中，纤维面料表面的纳米ZnO粒子的尺寸为100nm-200nm，有机溶剂为异丙醇或者无水乙醇。具体的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将纳米ZnO进行研磨至少2h，然后选取100nm-200nm纳米ZnO；
步骤二、将步骤一研磨后的纳米氧化锌、有机溶剂、氟碳表面活性剂混合，磁力搅拌至漆状，然后装入喷枪中；
步骤三、然后喷涂一次，然后晾干；
步骤四、随后重复步骤三的操作至少3次，得到所述基础材料。
进一步地限定，按纳米氧化锌的质量分数为5％-8％；有机溶剂的质量分数为90％-95％；氟碳表面活性剂FS-50的质量分数为0.8％-1.0％的配比进行混合。
进一步地限定，所述透气性纤维面料是白色的聚酯纤维多孔面料。
进一步地限定，步骤二中以1200rpm-1600rpm的转速磁力搅拌。
进一步地限定，步骤三中喷涂的工艺参数：喷涂高度为20cm～30cm，喷枪压力为0.2Mpa～0.4Mpa。
进一步地限定，步骤三在室温环境下晾干。
实验室小规模按图1进行，工厂化制备按照图2装置进行连续化生产。
在本发明中，采用具有宽带隙和激子结合能大的半导体金属氧化物ZnO作为面料组成材料之一，ZnO具有生产成本廉价、绿色清洁、优异的光电性能、在可见光-近红外波段太阳光波段具有低吸收(200-2500nm)并在中红外透明波段(8-13μm)具有高发射散热性能特点。ZnO也具有良好的抗菌、抑菌作用，对人体表面可产生一定的抑菌效应。
本发明中ZnO的存在构筑了面料表面一定的粗糙微纳结构，以常用的氟碳表面活性剂与ZnO产生协同作用，在ZnO表面引入具有亲水组分(COO-)并在ZnO表面另一侧引入具有疏油组分(-CF)，粗糙的微纳结构以及氟碳表面活性剂的协同作用，对材料表面产生了优异的抗油渍污染性能。
氟碳表面活性剂对于降低面料表面能具有良好的效果，另外该类活性剂可在不同的环境下(强酸强碱)稳定长期存在。
氟碳表面活性剂经过异丙醇或者乙醇的稀释，均可快速增加其有效成分，增强该表面活性剂的作用。
本发明所使用市场上常用的透气性白色纤维面料作为基本材料，制备的抗油渍制冷面料其机械柔性好，具有可多次清洗性、协同了汗液蒸发降温、无需任何电力能耗就可进行调节人体表面温度，另外具有优异的抗油渍污染性能，采用的ZnO粒子廉价环保，高效制冷、优异光电性能等优势。
本发明改善了传统面料仅通过汗液蒸发降温的缺点。协同了太阳高反射率、高散热率等性能，更好的进行人体表面降温。最高降低温度为4.9℃。(比环境温度低4.9℃)。
本发明改善了现今很多通过电力支撑的可制冷穿戴系统的缺点。该法制备的面料无需任何能耗，具有环保、低成本的优势。
本发明改善了以往面料吸收油渍的缺点。该法制备的面料对油渍具有强的排斥性能，达到不被油渍污染的效果。
附图说明
图1是抗油渍制冷基础纤维面料制备流程图；
图2是抗油渍制冷基础纤维面料连续生产装置示意图；
图3(a)是实施例1方法获得产品的太阳反射率测试；
图3(b)是实施例1方法获得产品的红外发射率测试；
图4是模拟太阳光强度1000w·m-2实施例1方法获得产品温度分布图；
图5是实施例1方法获得产品表面的疏油测试(以十八烷油滴进行测试)。
具体实施方式
实施例1：本实施例用于个人热管理的抗油渍可穿戴制冷基础材料的制备方法如下
(1)将纳米ZnO进行手动研磨2h，取100nm的纳米ZnO。
(2)将占悬浮液质量6wt％的100nm的纳米氧化锌、93wt％的异丙醇、1wt％的氟碳表面活性剂混合，以1600rpm/min转速磁力搅拌3h，得到漆状的悬浮液，装入喷枪中。
(3)然后喷涂在白色的聚酯纤维多孔面料(苏州元欣防静电科技有限公司，聚酯纤维105，100％涤纶，国家标准GB)上，喷涂高度为20cm，喷枪压力为0.2Mpa，置于室温环境下晾干；
(4)随后重复步骤三的操作至少3次，即完成。
本实施例方法制备的用于个人热管理的抗油渍可穿戴制冷基础材料的模拟太阳光强度1000w面料温度分布图如图4所示，图4左侧是未喷涂悬浮液的纺织品，右侧是喷涂过悬浮液的纺织品，经模拟太阳辐照1小时后，48.4-43.5＝4.9℃，可见，本实施例制备的产品具有降温效果。
对本实施例方法制备的用于个人热管理的抗油渍可穿戴制冷基础材料表面的疏油测试(以十八烷油滴进行测试)，测试结果如图5所示，由图可知接触角＞150°，实现了超强拒油性能。

Claims (10)

1.一种用于个人热管理的抗油渍可穿戴制冷基础材料，其特征在于所述基础材料是将纳米氧化锌研磨后与氟碳表面活性剂和有机溶剂混匀，然后喷涂在透气性纤维面料表面，再晾干制成的，其中，纤维面料表面的纳米ZnO粒子的尺寸为100nm-200nm，有机溶剂为异丙醇或者无水乙醇。
2.根据权利要求1所述基础材料，其特征在于所述透气性纤维面料是白色的聚酯纤维多孔面料。
3.根据权利要求1所述基础材料，其特征在于按纳米氧化锌的质量分数为5％-8％；有机溶剂的质量分数为90％-95％；氟碳表面活性剂FS-50的质量分数为0.8％-1.0％的配比进行混合。
4.根据权利要求1所述基础材料，其特征在于按纳米氧化锌的质量分数为6％；有机溶剂的质量分数为96％；氟碳表面活性剂FS-50的质量分数为1.0％的配比进行混合。
5.根据权利要求1所述基础材料，其特征在于纤维面料表面的纳米ZnO粒子的尺寸为100nm。
6.如权利要求1-4任意一项权利要求所述基础材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将纳米ZnO进行研磨至少2h，然后选取100nm-200nm纳米ZnO；
步骤二、将步骤一研磨后的纳米氧化锌、有机溶剂、氟碳表面活性剂混合，磁力搅拌至漆状，然后装入喷枪中；
步骤三、然后喷涂一次，然后在室温环境下晾干；
步骤四、随后重复步骤三的操作至少3次，得到所述基础材料。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤二以1200rpm-1600rpm的转速磁力搅拌。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤二以1600rpm的转速磁力搅拌。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，喷涂的工艺参数：喷涂高度为20cm～30cm，喷枪压力为0.2Mpa～0.4Mpa。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，喷涂的工艺参数：喷涂高度为20cm，喷枪压力为0.2Mpa。
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