CN113981675B - 光致发热纺织品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光致发热纺织品的制备方法，先将光致发热纳米材料负载到天然粉体上得到光致发热复合粉体，然后将光致发热复合粉体在增稠剂和粘合剂的作用下，通过浸轧的方式整理到纺织品上，制得具有光致光热功能的纺织品。天然粉体有助于光致发热纳米材料在纺织品表面的粘附和对光的吸收，提高纺织品的吸湿性和舒适性；光致发热纳米材料不仅使纺织品实现高效光热转化，且因为其强度和韧性好，可提高纺织品的强度、耐磨性和韧性，延长其使用寿命。该方法制得的光致发热纺织品具有高效的光热转化效率和良好的使用性能，改善了传统发热纺织品的缺点；且工艺周期短、生产成本低，应用范围广、实用性强，具有较好的工业应用前景。

Description

光致发热纺织品的制备方法

技术领域

本发明涉及功能性纺织品制备技术领域，尤其涉及一种光致发热纺织品的制备方法。

背景技术

纺织品是指纤维及纤维制品，具体表现为纤维、纱线、织物及其复合材料。“纤维及纤维制品”表明了纺织品既是一种原料，用于纺织加工的对象，又是一种产品，是通过纺织加工而成的纤维集合体。纺织材料是软物质材料的重要组成部分，大量应用于服饰和日用纺织品。

随着社会的发展和生活水平的提高，人们对于服饰和日用纺织品的要求越来越高，不仅要求服饰具有美观性、舒适性和耐磨性；还要求其具有更多的特定功能，其中包括具有发热保温功能。发热服饰在冬季保暖、御寒等方面具有极大的优势，可以持久发热和保温，提高人们穿着的舒适性。为了实现服饰的发热功能，有研究在衣物中增加加热模块，通过电转化成热量的方式实现发热；但是此方法额外的电源组件会增加衣物的重量，使其穿着舒适性降低，且不易清洗。或者在衣物中添加发热金属丝，复合加热材料与原丝编织，导热层采用碳纤维等非金属材料，也是实现电热转换的一种方法；但是该方法不适于日常用纺织品，会导致纤维的柔性变差，从而影响制品的舒适感。

实现服饰的发热功能还包括对其纺织材料的技术改进，中国发明专利(申请号为202011331601.2)公开了一种具有红外发热功能的布料及其制备方法，通过在布料上或布料纤维上增加红外吸收涂层实现衣物对阳光的红外吸收，从而实现衣物的发热功能。但是在纺织品表面形成涂层会使得其穿着舒适性降低，透气性降低。中国发明专利(申请号为202010458494.3)公开了一种蓄能发热纤维制备方法及蓄能发热纤维，利用蓄热发热的纳米填料与高分子进行共混形成母粒，然后对母粒进行纺丝，得到发热纤维；该发热纤维可实现一定波长光进行吸收，实现光热转换。但该方法的制备流程长，制备的发热纤维对设备的要求高，且工艺复杂，导致成本增加。另外，还有技术对纺织品的织物组织结构进行设计，利用纺织材料吸湿发热的同时利用织物的结构实现保温，此技术中纤维材料的吸湿发热温度以及适用范围具有很大的局限性。

有鉴于此，有必要设计一种改进的光致发热纺织品的制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光致发热纺织品的制备方法，采用天然粉体负载光致发热纳米材料，然后通过浸轧的方式复合到纺织品中，得到光致发热纺织品。该方法的工艺制备周期短、简单易实现，生产成本低；且制得的光致发热纺织品具有高效的光热转化效率，良好的透气性、吸湿性和舒适性，改善了传统发热纺织品的缺点。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种光致发热纺织品的制备方法，包括以下步骤：

S1、光致发热复合粉体的制备

将天然粉体置于醇类有机溶剂和水的混合溶液中搅拌均匀，加入光致发热纳米材料继续搅拌并混合均匀，依次进行抽滤、洗涤和烘干，得到所述光致发热复合粉体；

S2、光致发热浆料的制备

将增稠剂加入去离子水中充分搅拌至溶解，并加入粘合剂继续搅拌均匀，最后加入步骤S1得到的所述光致发热复合粉体，搅拌至均匀混合后得到所述光致发热浆料；

S3、光致发热纺织品的制备

S31、纺织品预处理，将所述纺织品进行常温水洗涤，并在60～80℃下烘干备用；

S32、纺织品浸渍光致发热浆料，将待进行功能性整理的纺织品置于步骤S2得到的所述光致发热浆料中进行浸轧处理，并依次经过预烘干、洗涤和焙烘后，制得具有光致发热功能的纺织品。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述光致发热纳米材料与所述天然粉体的质量比为0.15％～25％。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述光致发热复合粉体在所述光致发热浆料中的质量分数为0.2％～30％。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述天然粉体为羊毛粉体、丝素粉体、棉粉体和木质素粉体中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述光致发热纳米材料为石墨烯、碳纳米管、氧化石墨烯、MXene、氮化硼、聚吡咯、聚苯胺和聚多巴胺中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，在步骤S32中，所述浸轧方式为一浸一轧或两浸两轧，所述预烘干的温度为60～90℃，所述焙烘的温度为90～180℃。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述醇类有机溶剂在所述混合溶液中的体积分数为2％～50％，所述醇类有机溶剂为乙醇和异丙醇的一种。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述增稠剂在所述光致发热浆料中的质量分数为0.2％～5％，所述粘合剂在所述光致发热浆料中的质量分数为0.1％～30％。

作为本发明的进一步改进，所述增稠剂为壳聚糖、海藻酸钠和聚乙烯吡络烷酮中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，所述纺织品为纤维、纱线、机织物、针织物和无纺布的一种。

本发明的有益效果是：

1、本发明的光致发热纺织品的制备方法，先在醇类有机溶剂和水的混合溶液中将光致发热纳米材料负载到天然粉体上，得到光致发热复合粉体；然后将光致发热复合粉体在增稠剂和粘合剂的作用下，通过浸轧的方式负载到纺织品上，得到具有光致发热功能的纺织品。该方法的工艺制备周期短、工艺简单易实现，适用于所有种类的纺织品，应用范围广，且生产成本低；制得的光致发热纺织品具有高效的光热转化效率，良好的透气性、吸湿性和舒适性，改善了传统发热纺织品的缺点。

2、本发明采用天然粉体负载光致发热纳米材料制备光致发热复合粉体，再将其复合到纺织品中，使其具有光致发热功能。天然粉体分子中的极性基团使得各组分材料之间的相互作用力增强，从而使粉体在负载光致发热纳米粒子后形成相对稳定的体系，可有效减少粉体的聚集，增大光的吸收面积；同时，天然粉体与纺织品之间的亲和性较好，其作为介质可提供较大的比表面积，使得光致发热纳米材料在纺织品表面的相对接触面积增加，改善其与纺织品的界面结合力，增强粘附力，有助于光致发热纳米材料在纺织品表面的粘附。另外，天然粉体的存在可以改善纺织品的吸湿性，改善光致发热纳米材料对纺织品柔性的影响，从而提高纺织品的舒适性。光致发热纳米材料不仅使得纺织品实现高效的光热转化，达到持续发热和保温的效果；且光致发热纳米材料具有较高的强度和很好的韧性，其复合到纺织品中，可提高纺织品的强度、耐磨性和韧性，延长纺织品的使用寿命。

3、本发明制备的光致发热纺织品，可较完整的保存纺织品中织物的组织和结构，避免了对其结构性能和力学性能造成影响；且技术方案可用于所有的纺织品，例如纤维、纱线、机织物、针织物和无纺布等，在用于化纤纺织品时，可以在一定程度上改善化纤材料的缺点，使其具有较好的耐磨性、吸湿性、透气性和舒适性。该方法具有应用范围广泛，实用性强的优点，便于批量生产，具有较好的工业应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的光致发热粉体的电镜图。

图2为本发明实施例1制备的光致发热涤纶纱线电镜图。

图3为本发明实施例1未经处理的涤纶纱线电镜图。

图4为温度梯度代表图；其中(a)为未经处理的涤纶纱线，(b)为氧化石墨烯粉体，(c)为实施例1制得的光致发热复合粉体，(d)为实施例1制备的光致发热涤纶纱线。

图5为本发明实施例2制备的光致发热复合粉体的电镜图。

图6为本发明实施例2制备的光致发热涤纶纱线电镜图。

图7为蚕丝粉体、1％氧化石墨烯蚕丝粉体和3％氧化石墨烯蚕丝粉体在200nm～2500nm波长范围内的光反射率结果图。

图8中(a)和(b)分别为实施例1和2及对比例1中的复合粉体以及制备的光致发热涤纶纱线在模拟日光下的发热温度随时间的变化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

一种光致发热纺织品的制备方法，纺织品为纤维、纱线、机织物、针织物和无纺布的一种。包括以下步骤：

S1、光致发热复合粉体的制备

将天然粉体置于醇类有机溶剂和水的混合溶液中搅拌5～60min，然后加入光致发热纳米材料搅拌30～120min、搅拌温度为25～90℃，依次进行抽滤、多次洗涤、60～120℃下烘干处理，得到光致发热复合粉体；

具体地，光致发热纳米材料与天然粉体的质量比为0.15％～25％，天然粉体为羊毛粉体、丝素粉体、棉粉体和木质素粉体中的一种或多种，光致发热纳米材料为石墨烯、碳纳米管、氧化石墨烯、MXene、氮化硼、聚吡咯、聚苯胺和聚多巴胺中的一种或多种。醇类有机溶剂在混合溶液中的体积分数为2％～50％，醇类有机溶剂为乙醇和异丙醇的一种。光致发热复合粉体与混合溶液的浴比为1:(5～100)。

S2、光致发热浆料的制备

将增稠剂加入去离子水中充分搅拌至溶解，然后加入粘合剂继续搅拌至均匀，最后加入步骤S1得到的光致发热复合粉体，均匀混合后得到光致发热浆料；

具体地，光致发热复合粉体在光致发热浆料中的质量分数为0.2％～30％。增稠剂在光致发热浆料中的质量分数为0.2％～1％，粘合剂在光致发热浆料中的质量分数为1％～31％。增稠剂为壳聚糖、海藻酸钠和聚乙烯吡络烷酮中的一种或多种；增稠剂的加入起到增稠光致发热浆料的目的，有利于后续浸轧工艺中光致发热复合粉体负载在纺织品上。步骤S2中所有搅拌的温度为25～60℃。

S3、光致发热纺织品的制备

S31、纺织品预处理，将纺织品进行常温水洗涤，以去除灰尘等杂质对光致发热浆料对纺织品浸渍效果的影响；并在60～80℃下烘干备用；

S32、纺织品浸渍光致发热浆料，将待进行功能性整理的纺织品置于步骤S2得到的光致发热浆料中进行浸轧处理，并依次经预烘干、洗涤和焙烘后，制得具有光致发热功能的纺织品。

具体地，预烘干温度为60～90℃，焙烘的温度为90～120℃，浸轧处理采用一浸一轧或者两浸两轧的方式。预烘干的目的是将光致发热纺织品进行干燥，较高温度下焙烘会使负载的天然材料与纺织品发生化学反应，使得光致发热复合粉体在纺织品表面粘合的更加牢固。

特别地，本发明采用天然粉体负载光致发热纳米材料的光致发热复合粉体，复合到纺织品中，使其具有光致发热功能。天然粉体与纺织材料具有较好的亲和性，浸轧负载于纺织材料表面后，可以提供较大的比表面积，有助于光致发热纳米材料在纺织品表面的粘附以及对光的吸收效率；且天然粉体的存在可以改善纺织品的吸湿性，改善光致发热纳米材料对纺织品柔性的影响，从而提高纺织品的舒适性。光致发热纳米材料不仅使得纺织品实现高效的光热转化，达到持续发热和保温的效果；且光致发热纳米材料具有较高的强度和很好的韧性，其复合到纺织品中，可提高织物的强度、耐磨性和韧性，延长纺织品的使用寿命。

本发明的技术方案在制备具有光致发热功能的化纤纺织品时，可以在一定程度上改善化纤材料的缺点，使其具有较好的耐磨性、吸湿性、透气性和舒适性。该方法具有应用范围广泛，实用性强的优点，便于批量生产，具有较好的工业应用前景。

实施例1

本实施例提供了一种光致发热纺织品的制备方法，纺织品采用涤纶纱线，具体包括以下步骤：

S1、光致发热复合粉体的制备

将蚕丝粉体置于乙醇和水体积比为1:5的混合溶液中搅拌10min，然后加入氧化石墨烯纳米材料搅拌40min、搅拌温度为60℃，进行抽滤、多次洗涤、90℃下烘干处理，得到氧化石墨烯蚕丝光致发热复合粉体；

其中，氧化石墨烯与蚕丝粉体的质量比(owf)为3％，氧化石墨烯蚕丝光致发热复合粉体与混合溶液的浴比为1:50。

S2、光致发热浆料的制备

将壳聚糖加入去离子水中充分搅拌至溶解，然后加入粘合剂继续搅拌至均匀，最后加入步骤S1得到的氧化石墨烯蚕丝光致发热复合粉体，均匀混合后得到氧化石墨烯蚕丝光致发热浆料；

其中，氧化石墨烯蚕丝光致发热复合粉体在浆料中的质量分数为5％，壳聚糖质量分数为0.5％，粘合剂质量分数为5％。所有搅拌的温度均为40℃。

S3、光致发热涤纶纱线的制备

S31、涤纶纱线预处理，将涤纶纱线进行常温水洗涤，并在60℃下烘干后备用；

S32、涤纶纱线浸轧氧化石墨烯蚕丝光致发热浆料，将待进行功能性整理的涤纶纱线置于步骤S2得到的氧化石墨烯蚕丝光致发热浆料中，采用一浸一轧的方式浸轧处理，然后70℃下预烘干、洗涤、100℃下焙烘；制得具有光致发热功能的负载氧化石墨烯蚕丝复合粉体的涤纶纱线。

请参阅图1-图3所示，图1为实施例1制备的光致发热复合粉体的电镜图，图2为制备的光致发热涤纶纱线电镜图，图3未经处理的涤纶纱线电镜图。图1中可以看出，蚕丝粉体和氧化石墨烯纳米材料的复合效果较好；图2的涤纶纱线表面负载owf为3％的氧化石墨烯蚕丝光致发热复合粉体，而图3中未经处理的涤纶纱线表面只有少量灰尘。

请参阅图4所示，图4为温度梯度代表图，其中(a)为未经处理的涤纶纱线，(b)为氧化石墨烯粉体，(c)为实施例1制得的光致发热复合粉体，(d)为实施例1制备的光致发热涤纶纱线。图(a)中可以看出未经处理的涤纶纱线表面温度低，不具有光热转化功能；图(b)和(c)可以看出将氧化石墨烯负载在蚕丝粉体上后，蚕丝粉体载体不会影响氧化石墨烯纳米的材料光致发热效果，图(d)负载3％氧化石墨烯蚕丝光致发热复合粉体的涤纶纱线发热效果较好，且比图(c)单独的氧化石墨烯蚕丝粉体光致发热效果好，这是因为天然粉体与纺织材料具有较好的亲和性，浸轧负载于纺织材料表面后，可以提供较大的比表面积，有助于光致发热纳米材料在纺织品表面的粘附以及对光的吸收效率。

对比例1

对比例1提供了一种光致发热纺织品的制备方法，与实施例1相比，不同之处在与，在步骤S1中，不加入氧化石墨烯纳米材料，只添加蚕丝粉体；其余与实施例1大致相同，在此不再赘述。

对比例2

对比例2提供了一种光致发热纺织品的制备方法，与实施例1相比，不同之处在与，在步骤S1中，不加入蚕丝粉体，只添加氧化石墨烯纳米材料；其余与实施例1大致相同，在此不再赘述。

实施例2

实施例2提供了一种光致发热纺织品的制备方法，与实施例1相比，不同之处在，在步骤S1中，石墨烯与蚕丝粉体的质量比(owf)为1％、其余与实施例1大致相同，在此不再赘述。

请参阅图5-6所示，图5为实施例2制备的光致发热复合粉体的电镜图，图6为制备的光致发热涤纶纱线电镜图。从图5中可以看出，蚕丝粉体和氧化石墨烯纳米材料的复合效果较好；图6的涤纶纱线表面负载owf为1％的氧化石墨烯蚕丝光致发热复合粉体，其负载效果较好。

请参阅图7所示，图7为蚕丝粉体、实施例1的3％氧化石墨烯蚕丝粉体和实施例2的1％氧化石墨烯蚕丝粉体在200nm～2500nm波长范围内的光反射率结果图。可以看出蚕丝粉体对光的吸收能力最强，从实验证明虽然蚕丝粉体对光的吸收率高，但不具备光致发热的效果；3％氧化石墨烯蚕丝粉体的反射率低于1％光致发热氧化石墨烯蚕丝粉体，说明其对光的吸收能力最强。

请参阅图8所示，图8为模拟日光下(a)为不同粉体和(b)不同涤纶纱线的发热温度随时间的变化图。从图(a)中可以看出，负载氧化石墨烯的复合粉体，发热效果更好，且氧化石墨烯的owf越高，发热效果越好；图(b)是未处理的涤纶纱线几乎没有温度的变化，而负载氧化石墨烯蚕丝粉体的涤纶纱线具有温度随时间的增加而升高，说明涤纶纱线实现较好的光致发热功能。

实施例3-6

实施例3-6提供了一种光致发热纺织品的制备方法，与实施例1相比，不同之处在，在步骤S1中，氧化石墨烯与蚕丝粉体的质量比(owf)为2％、4％、10％和15％，其余与实施例1大致相同，在此不再赘述。

综上所述，本发明提供了一种光致发热纺织品的制备方法，该方法包括先在醇类有机溶剂和水的混合溶液中，将光致发热纳米材料负载到天然粉体上，得到光致发热复合粉体；然后将光致发热复合粉体在增稠剂和粘合剂的作用下，通过浸轧的方式负载到纺织品上，得到光致发热纺织品。天然粉体有助于光致发热纳米材料在纺织品表面的粘附以及对光的吸收效率，可以改善纺织品的吸湿性，改善光致发热纳米材料对纺织品柔性的影响，从而提高纺织品的舒适性。光致发热纳米材料不仅使得纺织品实现高效的光热转化，达到持续发热和保温的效果；且光致发热纳米材料具有较高的强度和很好的韧性，其复合到纺织品中，可提高织物的强度、耐磨性和韧性，延长纺织品的使用寿命。本发明可用于所有的纺织品，例如纤维、纱线、机织物、针织物和无纺布等，具有应用范围广泛，实用性强的优点，便于批量生产，具有较好的工业应用前景。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种光致发热纺织品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、光致发热复合粉体的制备

将天然粉体置于醇类有机溶剂和水的混合溶液中搅拌均匀，加入光致发热纳米材料继续搅拌并混合均匀，依次进行抽滤、洗涤和烘干，得到所述光致发热复合粉体；所述天然粉体为羊毛粉体、丝素粉体、棉粉体和木质素粉体中的一种或多种；所述光致发热纳米材料为石墨烯、碳纳米管、氧化石墨烯、MXene、氮化硼、聚吡咯、聚苯胺和聚多巴胺中的一种或多种；

S2、光致发热浆料的制备

将增稠剂加入去离子水中充分搅拌至溶解，并加入粘合剂继续搅拌均匀，最后加入步骤S1得到的所述光致发热复合粉体，搅拌至均匀混合后得到所述光致发热浆料；所述增稠剂为壳聚糖、海藻酸钠和聚乙烯吡络烷酮中的一种或多种；

S3、光致发热纺织品的制备

将待进行功能性整理的纺织品置于步骤S2得到的所述光致发热浆料中进行浸轧处理，并依次经过预烘干、洗涤和焙烘后，制得具有光致发热功能的纺织品。

2.根据权利要求1所述的光致发热纺织品的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述光致发热纳米材料与所述天然粉体的质量比为0.15％～25％。

3.根据权利要求1所述的光致发热纺织品的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述光致发热复合粉体在所述光致发热浆料中的质量分数为0.2％～30％。

4.根据权利要求1所述的光致发热纺织品的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述浸轧方式为一浸一轧或两浸两轧，所述预烘干的温度为60～90℃，所述焙烘的温度为90～180℃。

5.根据权利要求1所述的光致发热纺织品的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述醇类有机溶剂在所述混合溶液中的体积分数为2％～50％，所述醇类有机溶剂为乙醇和异丙醇的一种。

6.根据权利要求1所述的光致发热纺织品的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述增稠剂在所述光致发热浆料中的质量分数为0.2％～5％，所述粘合剂在所述光致发热浆料中的质量分数为0.1％～30％。

7.根据权利要求1所述的光致发热纺织品的制备方法，其特征在于，所述纺织品为纤维、纱线、机织物、针织物和无纺布的一种。

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