CN114059378B - 一种具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法：将木棉纤维进行机械粉碎；将粉碎后的纤维进行改性处理；将改性后的纤维与分散剂分散在水中，然后将粘合剂用磁力搅拌器搅拌之后与纤维混合，待均质之后，利用湿法抄造工艺制成三维纤维网，冷冻干燥即得到具有隔热保暖的高孔隙率材料。本发明采用湿法抄造工艺和冷冻干燥技术制备具有隔热保暖的木棉材料。此方法流程短，耗能小，生产效率高，成本低，并且制备出来的纤维网具有具有质轻、隔热保暖、高孔隙率等特点，使其能应用于服装保暖隔热领域。

Description

一种具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，以制备具有高孔隙率和轻质的三维材料，属于隔热保暖材料技术领域。
背景技术
随着纺织科技的发展和生产技术的进步，保暖隔热材料的发展非常迅速，传统保暖材料，主要依靠增加织物的厚度和密度，以及提高纤维内部储存空气量来降低保暖材料的热传导和热对流，从而提高保暖隔热性能，是一种消极保暖。新型的保暖隔热材料开始追求另一种更加积极的保暖方式。如中空纤维、超细纤维、蓄热保暖纤维、发热纤维等，在提升保暖性能同时，向着更轻薄、舒适、健康方向发展。
木棉纤维长约8-32mm，直径为9.28-28.28μm，呈圆柱形薄壁大中空结构。它是天然生态纤维中最细、最轻、中空度最高、最保暖的纤维材质。它的细度仅有棉纤维的1/2，中空率却达到86％以上，是一般棉纤维的2-3倍。具有光洁、抗菌、防蛀、防霉、轻柔、不易缠结、不透水、不导热，生态、保暖、吸湿性强等特点。其优越的性能使其被其在应用于隔热保暖领域具有很大的潜力，本发明的关键是制备一种具有轻质、隔热保暖、高孔隙率的三维材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)：将木棉纤维进行机械粉碎；
步骤2)：将粉碎后的纤维进行改性处理；
步骤3)：将改性后的纤维与分散剂分散在水中，然后将粘合剂用磁力搅拌器搅拌之后与纤维混合，待均质之后，利用湿法抄造工艺制成三维纤维网，冷冻干燥即得到具有隔热保暖的高孔隙率材料。
优选地，所述步骤1)所得纤维粉碎后过10-400目筛。
优选地，所述步骤2)中改性处理具体为：先在质量浓度2-8％的H2SO4中在50℃水解1h，然后在含有质量浓度5-10％的NaOH，2-10％的Na2SiO3，2-10％的Na2SO3的溶液中在70-99℃的水浴条件下煮练2-10h。
优选地，所述步骤3)中的分散剂为聚乙烯醇，纤维与分散剂的质量比为1：0～10。
优选地，所述步骤3)中的粘合剂为羧甲基纤维素纳和阳离子淀粉中的至少一种；粘合剂的加入量不超过纤维质量的10％。
优选地，所述步骤3)中均质的条件为：水和纤维的浴比控制为300-500：1，转速为4500-6000r/s，处理时间为15-30min。
优选地，所述步骤3)中三维纤维网的克重为70-150g/m2。
优选地，所述步骤3)中冷冻干燥的条件为在-60～-120℃的冷冻柜中冷冻8-24h，然后在-50℃的冷冻干燥机中干燥24-96h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用抄造工艺与冷冻干燥的方法制备得到具体高吸附性能的三维木棉纤维网。此法制备流程短，耗能小，生产效率高，并且成本低，原料趋于多样性、原料来源以及产品用途广泛。并且制备的纤维网具有质轻(2.63×10-3g/cm3)、3保暖，透湿，隔热、高孔隙率、高吸附性等性能。
附图说明
图1为实施例1中木棉纤维网的表面电镜图；
图2为实施例1中木棉纤维网的断面电镜图；
图3为实施例1中木棉纤维网的孔隙结构。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一种具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，包括以下步骤：
将原木棉纤维进行机械粉碎，在用60-80目的筛网控制纤维长度，纤维长度区间为0.2-0.3mm；
将筛过的木棉纤维进行改性处理，改性条件为H2SO4 2wt％，50℃水解1h，在含有NaOH 5wt％，Na2SiO3 2wt％，Na2SO3 2.5wt％的90℃水浴锅煮练2h。
将改性处理过的木棉纤维(0.5g)、聚乙烯醇(0.25g)和阳离子淀粉(0.025g)进行混合，利用纤维均质机对其进行均质，纤维和水的浴比控制为500：1，转速为6000r/s，处理时间为30min；
将均质完全的纤维利用湿法抄造工艺形成悬浮的纤维网，将得到的纤维网在-80℃下冷冻12h，然后在用冷冻干燥机干燥48h，得到一种具体高孔隙率的三维纤维网(如图1和图2所示)；
所制备的三维纤维网具有低密度(2.13×10-3g/cm3)、保暖隔热(热阻R＝0.1442(m2·℃)/W)、高孔隙率(98.27％)等性能。其热阻通过以下公式计算得到：
Figure BDA0003363506460000031
其中，A为上热板测试区域的面积，A＝25cm2；t1和t2分别为上下热板的温度；q为稳态条件下，上热板通过纤维网向下热板传导的热功率，热导率通过接触冷暖感仪器测试得到0.26W。
实施例2
一种具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，包括以下步骤：
将原木棉纤维进行机械粉碎，长度利用300-325目的筛网控制纤维长度，所得纤维长度区间为0.04-0.06um，；
将筛过的木棉纤维进行改性处理，改性条件为H2SO4 2wt％，50℃水解1h，在含有NaOH 5wt％，Na2SiO3 2wt％，Na2SO3 2.5wt％的90℃水浴锅煮练2h；
将改性处理过的木棉纤维(0.5g)、聚乙烯醇(0.25g)和阳离子淀粉(0.025g)进行混合，利用纤维均质机对其进行均质，纤维和水的浴比控制为500：1，转速为6000r/s，处理时间为30min；
将均质完全的纤维利用湿法抄造工艺形成悬浮的纤维网，将得到的纤维网在-80℃下冷冻12h，然后在用冷冻干燥机干燥48h，得到一种具体高孔隙率的三维纤维网(如图3所示，图中画圈处为孔隙)。
所制备的三维纤维网具有低密度(2.23×10-3g/cm3)、保暖隔热(热阻R＝0.1562(m2·℃)/W)、高孔隙率(96.37％)等性能。其热阻通过以下公式计算得到：
Figure BDA0003363506460000032
其中，A为上热板测试区域的面积，A＝25cm2；t1和t2分别为上下热板的温度；q为稳态条件下，上热板通过纤维网向下热板传导的热功率，热导率通过接触冷暖感仪器测试得到0.24W。
实施例3
一种具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，包括以下步骤：
将原木棉纤维进行机械粉碎，分别利用300-325目和60-80目的筛网控制纤维长度，所得纤维长度区间分别为0.4-0.6um和0.2-0.3mm；
将筛过的木棉纤维分别进行改性处理，改性条件为H2SO4 2wt％，50℃水解1h，在含有NaOH 5wt％，Na2SiO3 2wt％，Na2SO3 2.5wt％的90℃水浴锅煮练2h；
将改性处理过的0.4-0.6um的木棉纤维(0.2g)、0.2-0.3mm的木棉纤维(0.3g)、聚乙烯醇(0.25g)和羧甲基纤维素纳(0.025g)进行混合，利用纤维均质机对其进行均质，纤维和水的浴比控制为500：1，转速为6000r/s，处理时间为30min。
将均质完全的纤维利用湿法抄造工艺形成悬浮的纤维网，将得到的纤维网在-80℃下冷冻12h，然后在用冷冻干燥机中干燥48h，得到一种具体高孔隙率的三维纤维网。
所制备的三维纤维网具有低密度(2.63×10-3g/cm3)、保暖隔热(热阻
Figure BDA0003363506460000041
其中，A为上热板测试区域的面积，A＝25cm2；t1和t2分别为上下热板的温度；q为稳态条件下，上热板通过纤维网向下热板传导的热功率，热导率通过接触冷暖感仪器测试得到0.20W。

Claims (6)

1.一种具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）：将木棉纤维进行机械粉碎；
步骤2）：将粉碎后的纤维进行改性处理：先在质量浓度2-8%的H2SO4中在50℃水解1h，然后在含有质量浓度5-10%的NaOH，2-10%的Na2SiO3，2-10%的Na2SO3的溶液中在70-99℃的水浴条件下煮练2-10h；
步骤3）：将改性后的纤维与分散剂分散在水中，然后将粘合剂用磁力搅拌器搅拌之后与纤维混合，待均质之后，利用湿法抄造工艺制成三维纤维网，冷冻干燥即得到具有隔热保暖的高孔隙率材料；所述冷冻干燥的条件为在-60 ~ -120℃的冷冻柜中冷冻8-24h，然后在-50℃的冷冻干燥机中干燥24-96h。
2.如权利要求1所述的具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）所得纤维粉碎后过10-400目筛。
3.如权利要求1所述的具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中的分散剂为聚乙烯醇。
4.如权利要求1所述的具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中的粘合剂为羧甲基纤维素纳和阳离子淀粉中的至少一种；粘合剂的加入量不超过纤维质量的10%。
5.如权利要求1所述的具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中均质的条件为：水和纤维的浴比控制为 300-500：1，转速为 4500-6000r/s，处理时间为15-30min。
6.如权利要求1所述的具有隔热保暖的高孔隙率材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中三维纤维网的克重为70-150g/m2。
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