CN115246259B - 一种吸湿透气型保温羽绒复合面料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸湿透气型保温羽绒复合面料及其制备方法。所述保温羽绒复合面料包括羽绒层和功能面料，羽绒层压合在两层功能面料之间；所述功能面料包括吸湿性聚酯无纺布和透气纳米纤维膜；所述透气纳米纤维膜与羽绒层接触。所述透气纳米纤维膜包括二氧化硅/聚氨酯网格膜层和醇溶蛋白蜂窝膜层，所述醇溶蛋白蜂窝层与改性羽绒纤维接触。有益效果：将羽绒纤维通过植酸和硫酸锆改性，增强其膨松性和保温性。通过对聚酯无纺布的接枝改性，增强面料的吸湿排汗性，并粘附一层透气纳米纤维膜，增加透气性的同时解决羽绒纤维在复合面料中的跑毛问题。
Description
技术领域
本发明涉及羽绒复合面料技术领域，具体为一种吸湿透气型保温羽绒复合面料及其制备方法。
背景技术
羽绒复合面料是一种保暖性好的轻质衣物，被广泛用于服装纺织行业。传统的羽绒复合面料中，为了降低能耗提高面料的保暖性，一般会对填充的羽绒纤维进行修饰；通常采用涂层或表面改性的方式，使其存在纤维表面被破坏，影响保暖持久度的问题。同时，羽绒纤维用于制作保温羽绒复合面料时，存在为了保证透气性增大包裹面料的孔隙，从而使得羽绒复合面料中跑毛的现象普遍存在。
另一方面，聚酯无纺布是一种力学强度高、耐磨性好、成本较低的面料。常用于包裹羽绒纤维复合制成保温羽绒复合面料，但其疏水性强，吸湿透气性差；面料穿着时会累积人体的水分和热量，造成出汗现象，舒适感降低。
因此，解决上述问题，制备一种吸湿透气型保温羽绒复合面料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸湿透气型保温羽绒复合面料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种吸湿透气型保温羽绒复合面料，所述保温羽绒复合面料包括羽绒层和功能面料，羽绒层压合在两层功能面料之间；所述功能面料包括吸湿性聚酯无纺布和透气纳米纤维膜；所述透气纳米纤维膜与羽绒层接触。
较为优化地，所述透气纳米纤维膜包括二氧化硅/聚氨酯网格膜层和醇溶蛋白蜂窝膜层，所述醇溶蛋白蜂窝层与改性羽绒纤维接触。
较为优化地，所述羽绒层由改性羽绒纤维组成；所述改性羽绒纤维是羽绒纤维依次通过植酸、硫酸锆改性制备的。
较为优化地，所述吸湿性聚酯无纺布是利用硫醇-烯点击反应在聚酯无纺布上接枝3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾制备的。
较为优化地，一种吸湿透气型保温羽绒复合面料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将羽绒纤维浸泡于植酸溶液中，洗涤，脱水；转移浸泡于硫酸锆溶液中，洗涤，离心；得到改性羽绒纤维，备用；
步骤2：将聚氨酯溶液、二氧化硅溶液和四乙氧基硅烷溶液混合均匀，作为纺丝溶液；执行一次纺丝，得到二氧化硅/聚氨酯网格膜；再以其作为接收器，以醇溶蛋白粉溶液作为纺丝溶液，执行二次纺丝，得到透气纳米纤维膜，备用；
步骤3：将聚酯无纺布浸泡在氢氧化钠溶液中，洗涤，干燥，得到聚酯无纺布A，备用；酸性条件下，将3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶液、乙醇和去离子水混合，加入聚酯无纺布A，搅拌一段时间；将其浸入3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐溶液中，加入2,2-二羟甲基丙酸溶液，搅拌一段时间；紫外光照射；得到吸湿性聚酯无纺布；
步骤4：将吸湿性聚酯无纺布与透气纳米纤维膜中二氧化硅/聚氨酯网格膜层一侧贴合，热轧，得到功能面料；
步骤5：以功能面料中醇溶蛋白蜂窝膜层一面朝里，将两层功能面料经过拉布、裁布、滚边、缝合，制作成具有填充腔体的功能面料体；在醇溶蛋白蜂窝膜层上均匀点胶，热压粘合，填充羽绒纤维，绗缝；得到保温羽绒复合面料。
较为优化地，步骤1的具体步骤为：将羽绒纤维浸泡在0.9～1.2wt％的植酸溶液中10～15分钟，洗涤，脱水；转移至6～8g/L的硫酸锆溶液中浸泡10～15分钟，洗涤，离心；重复上述步骤5～15次，得到改性羽绒纤维。
较为优化地，步骤2中，执行一次纺丝的工艺参数为：温度25℃，相对湿度为80％，接收距离为15cm，接收器的转速为100rmp，执行纺丝4小时；执行二次纺丝的工艺参数为：相对湿度40％，其余与一次纺丝的工艺参数相同。
较为优化地，步骤2中，聚氨酯溶液的浓度为16～20wt％，二氧化硅溶液的浓度为4～6wt％，四乙氧基硅烷溶液的浓度为5～8wt％，醇溶蛋白溶液的浓度为18～22wt％。
较为优化地，步骤3中，所述氢氧化钠溶液的浓度为180～220g/L，3-巯基丙基三甲氧基硅的浓度为2～4wt％，3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐的浓度为8～12wt％，2,2-二羟甲基丙酸的浓度为0.5～1.5wt％；紫外照射时间为0.8～1.2小时。
较为优化地，步骤4中，热轧过程的温度为120～125℃，压力为2.2～2.6Mpa，热轧时间为8～10分钟。
本技术方案中，将羽绒纤维通过植酸和硫酸锆改性，增强其膨松性和保温性。通过对聚酯无纺布的接枝改性，增强面料的吸湿排汗性，并粘附一层透气纳米纤维膜，增加透气性的同时解决羽绒纤维的跑毛问题。具体如下：
(1)改性羽绒纤维：羽绒纤维具有良好的隔热性，但不具有加热性能。而锆具有良好的辐射加热性能，将其负载在羽绒纤维上可以有效增强保暖性能。但是直接一次性负载，由于锆离子与羽绒纤维之间只有弱相互作用表面接枝率低，且不具有耐洗涤性。另一方面：植酸是一种来源于植物的酸，安全环保，可再生。且其具有6个带负电的磷酸根基团，可以与金属阳离子进行配位，具有很强的螯合性。最重要的是其为聚阴离子，可以引发离子聚合反应，形成稳定的功能分子。因此，本方案中，将羽绒纤维使用植酸溶液中，使得正电荷的羽绒纤维与阴离子植酸之间产生强静电作用；再将锆离子以植酸为位点均匀熬合在羽绒纤维上，多次循环“植酸-硫酸锆溶液浸渍”逐层吸附，增加负载量，且不会产生聚集，从而提高保暖性。由于纤维表面有带电粒子的负载，相同电性的纤维与纤维之间相斥，增加了蓬松度。且该方式对羽绒纤维表面的损伤极低，不会影响羽绒纤维的三维形态。
(2)吸湿性聚酯无纺布：聚酯无纺布由于具有较好的力学强度和较低的成本，被广泛用于制备被单或衣物中，但是其有与吸湿性差，使得透气性差、舒适性差。因此，本方案中，将聚酯无纺布先于碱性溶液中进行水解，产生羟基和羧基基团；然后利用3-巯基丙基三甲氧基硅烷在酸性条件下的水解，得到含有硫醇基的低聚硅氧烷；低聚硅氧烷与疏解的聚酯无纺布之间产生氢键，然后在100℃微固化几分钟，使两者形成共价键；然后再将其置于3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐溶液中，通过硫醇-烯的点击反应，嫁接在聚酯无纺布。
其中，聚酯无纺布的水解，使得纤维直径变薄，增加了纤维之间的间隙，增加了透气性，为嫁接提供了空间。过程中亲水磺酸盐的引入增加了表面吸湿性，引导人体水分的传输，但是由于聚酯纤维不会吸水，所以聚酯无纺布本身不会潮湿，而聚酯纤维的另一侧又具有吸水性的，以此产生了湿润性梯度，引导吸湿排汗过程。此外，由于亲水性磺酸盐的处理可以降低静电电压，产生抗静电效果。
(3)为了阻挡羽绒纤维跑毛，在聚酯无纺布上粘结了纳米纤维膜，不仅有效组织跑毛问题，而且协同吸湿排汗的同时增加面料的透气性。本方案中，将通过纺丝工艺制备了网格结构的二氧化硅/聚氨酯网格膜层，其中控制较大的湿度，使得产生直径较大的纤维膜，从而产生蓬松的骨架，产生较大的孔结构，增加透气性。然后以其为接收器，在二氧化硅/聚氨酯网格膜层的一面形成醇溶蛋白蜂窝膜层，以此得到纳米纤维膜。具体原理：醇溶蛋白通过静电纺丝形成纳米纤维，其含有氨基酸类极性官能团，与聚氨酯中的氢键产生相互作用；因此产生醇溶蛋白纳米纤维被聚集，镶嵌在二氧化硅/聚氨酯网格膜表面，依照聚氨酯的框架，形成蜂窝状膜层。其中，利用聚氨酯网层粘合在聚酯无纺布一侧，产生了更强的亲水性，帮助引导水分子；而另一侧的蜂窝状结构，扩大了网状孔的扩散面积，增强了透湿、透气性，同时定向结构的形成也利于增加抗拉强度。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：(1)将羽绒纤维利用植酸的聚阴离子性质和强螯合性将锆逐层负载在羽绒纤维上，增加负载量，提高蓬松度的同时增加保暖性。(2)利用硫醇点击反应将硫酸盐接枝在聚酯无纺布上，增加吸湿排汗性和透气性。(3)利用纳米纤维膜有效阻挡羽绒纤维跑毛，同时协同吸湿性聚酯无纺布引导人体汗液的排出。(4)在纳米纤维膜的一侧设置有醇溶蛋白蜂窝膜层，利用其与二氧化硅/聚氨酯网格膜形成的漏斗状，降低透气阻力，增加透气性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
实施例1：
步骤1：将羽绒纤维浸泡在1wt％的植酸溶液中12分钟，洗涤，脱水；转移至7g/L的硫酸锆溶液中浸泡12分钟，洗涤，离心；重复上述步骤10次，得到改性羽绒纤维。
步骤2：将聚氨酯、二氧化硅纳米粒子分别溶于DMF-乙酸正丁酯混溶剂中，得到18wt％的聚氨酯溶液和5wt％二氧化硅溶液；将两种溶液混合，加入6wt％的四乙氧基硅烷溶液混合24小时，所得溶液作为纺丝溶液；设置纺丝工艺为：温度25℃，相对湿度为80％，接收距离为15cm，接收器的转速为100rmp，执行一次纺丝，得到二氧化硅/聚氨酯网膜，备用；将醇溶蛋白粉溶解在乙醇-去离子水混合溶液中，得到20wt％的醇溶蛋白溶液，以其作为纺丝溶液；以制备的二氧化硅/聚氨酯网膜作为接收器，设置纺丝工艺为：相对湿度为40％，接收距离为15cm，接收器的转速为100rmp，执行二次纺丝，得到透气纳米纤维膜；
步骤3：室温下，将聚酯无纺布搅拌浸泡在200g/L，的氢氧化钠溶液中35分钟，洗涤至中性，干燥得到聚酯无纺布A；酸性条件下，依次加入3wt％的3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶液、乙醇和水，室温搅拌30分钟，促进水解，得到低聚硅氧烷，将聚酯无纺布A加入，搅拌10分钟，取出，90℃微固化2分钟；将其浸入10wt％的3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐溶液搅拌30分钟，加入1wt％的2,2-二羟甲基丙酸，搅拌8分钟，在室温下，设置波长为365nm，紫外光照射1小时；得到吸湿性聚酯无纺布；
步骤4：将吸湿性聚酯无纺布和透气纳米纤维膜中聚氨酯的一侧贴合，设置温度为122℃，压力为2.5Mpa，热轧为9分钟，得到功能面料。
步骤5：以功能面料中醇溶蛋白蜂窝膜层一面朝里，将两层功能面料经过拉布、裁布、滚边、缝合，制作成具有填充腔体的功能面料体；在醇溶蛋白蜂窝膜层上均匀点胶，热压粘合，填充羽绒纤维，绗缝；得到保温羽绒复合面料。
实施例2：
步骤1：将羽绒纤维浸泡在0.9wt％的植酸溶液中10分钟，洗涤，脱水；转移至6g/L的硫酸锆溶液中浸泡10分钟，洗涤，离心；重复上述步骤5次，得到改性羽绒纤维。
步骤2：将聚氨酯、二氧化硅纳米粒子分别溶于DMF-乙酸正丁酯混溶剂中，得到16wt％的聚氨酯溶液和4wt％二氧化硅溶液；将两种溶液混合，加入5wt％的四乙氧基硅烷溶液混合24小时，所得溶液作为纺丝溶液；设置纺丝工艺为：温度25℃，相对湿度为80％，接收距离为15cm，接收器的转速为100rmp，执行一次纺丝，得到二氧化硅/聚氨酯网膜，备用；将醇溶蛋白粉溶解在乙醇-去离子水混合溶液中，得到18wt％的醇溶蛋白溶液，以其作为纺丝溶液；以制备的二氧化硅/聚氨酯网膜作为接收器，设置纺丝工艺为：相对湿度为40％，接收距离为15cm，接收器的转速为100rmp，执行二次纺丝，得到透气纳米纤维膜；
步骤3：室温下，将聚酯无纺布搅拌浸泡在180g/L，的氢氧化钠溶液中30分钟，洗涤至中性，干燥得到聚酯无纺布A；酸性条件下，依次加入2wt％的3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶液、乙醇和水，室温搅拌30分钟，促进水解，得到低聚硅氧烷，将聚酯无纺布A加入，搅拌10分钟，取出，80℃热固化1分钟；将其浸入8wt％的3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐溶液搅拌30分钟，加入0.5wt％的2,2-二羟甲基丙酸，搅拌5分钟，在室温下，设置波长为365nm，紫外光照射0.8小时；得到吸湿性聚酯无纺布；
步骤4：将吸湿性聚酯无纺布和透气纳米纤维膜中聚氨酯的一侧贴合，设置温度为120℃，压力为2.2Mpa，热轧为8分钟，得到功能面料。
步骤5：以功能面料中醇溶蛋白蜂窝膜层一面朝里，将两层功能面料经过拉布、裁布、滚边、缝合，制作成具有填充腔体的功能面料体；在醇溶蛋白蜂窝膜层上均匀点胶，热压粘合，填充羽绒纤维，绗缝；得到保温羽绒复合面料。
实施例3：
步骤1：将羽绒纤维浸泡在1.2wt％的植酸溶液中15分钟，洗涤，脱水；转移至8g/L的硫酸锆溶液中浸泡15分钟，洗涤，离心；重复上述步骤15次，得到改性羽绒纤维。
步骤2：将聚氨酯、二氧化硅纳米粒子分别溶于DMF-乙酸正丁酯混溶剂中，得到20wt％的聚氨酯溶液和6wt％二氧化硅溶液；将两种溶液混合，加入8wt％的四乙氧基硅烷溶液混合24小时，所得溶液作为纺丝溶液；设置纺丝工艺为：温度25℃，相对湿度为80％，接收距离为15cm，接收器的转速为100rmp，执行一次纺丝，得到二氧化硅/聚氨酯网膜，备用；将醇溶蛋白粉溶解在乙醇-去离子水混合溶液中，得到22wt％的醇溶蛋白溶液，以其作为纺丝溶液；以制备的二氧化硅/聚氨酯网膜作为接收器，设置纺丝工艺为：相对湿度为40％，接收距离为15cm，接收器的转速为100rmp，执行二次纺丝，得到透气纳米纤维膜；
步骤3：室温下，将聚酯无纺布搅拌浸泡在220g/L，的氢氧化钠溶液中45分钟，洗涤至中性，干燥得到聚酯无纺布A；酸性条件下，依次加入4wt％的3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶液、乙醇和水，室温搅拌30分钟，促进水解，得到低聚硅氧烷，将聚酯无纺布A加入，搅拌10分钟，取出，100℃热固化2分钟；将其浸入12wt％的3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐溶液搅拌30分钟，加入1.5wt％的2,2-二羟甲基丙酸，搅拌10分钟，在室温下，设置波长为365nm，紫外光照射1.2小时；得到吸湿性聚酯无纺布；
步骤4：将吸湿性聚酯无纺布和透气纳米纤维膜中聚氨酯的一侧贴合，设置温度为125℃，压力为2.6Mpa，热轧为10分钟，得到功能面料。
步骤5：以功能面料中醇溶蛋白蜂窝膜层一面朝里，将两层功能面料经过拉布、裁布、滚边、缝合，制作成具有填充腔体的功能面料体；在醇溶蛋白蜂窝膜层上均匀点胶，热压粘合，填充羽绒纤维，绗缝；得到保温羽绒复合面料。
实施例4：将植酸换成草酸；其余与实施例1相同。
实施例5：不对无纺布进行改性；其余与实施例1相同。
实施例6：将执行一次纺丝过程中的湿度降至40％；其余与实施例1相同。
实施例7：不加入醇溶蛋白，不执行二次纺丝，其余与实施例1相同。
实验1：将实施例1～4制备的改性羽绒纤维，称取10g装入900cm2的羽绒袋中，以未处理的羽绒纤维作为对比，采用平板式保温仪测试保温率。
结果：实施例1～4制备的改性羽绒纤维比羽绒纤维的保温率依次提高了12.5％，11.9％，12.1％，6.5％。
结论：由实施例1～3提高的保温率可以得出：利用锆离子确实可以提高保温性能，而利用植酸逐层负载，可以提高负载量，从而提高保温率，最高可以提高12.5％，性能优异。而对比实施例的数据可以看到保温率增加幅度的下降，表明利用酸确实可以提高保温性，但是，草酸不具有聚阴离子性，逐层负载效果较差，效果没有植酸优异。
实验2：将实施例1～3、5～7制备的功能面料进行各项透气性和透湿性表征。按照GB/T5354-1997的标准测试方法，检测功能面料的透气率。按照ISO17699-2003的标准方法，检测功能面料的透湿量。所得数据如下表所示：
结论：从实施例1～3的数据可以得出：所制备的功能面料具有优异的吸湿透气性。透气率可达111.21mm/s。透湿量可达3.0mg/cm2.h。将实施例5的数据与实施例1对比，可以发现，不对无纺布改性，透气量和透湿量急剧下降，因为聚酯无纺布亲水性差。很难传递组分。直接影响吸湿透气性。将实施例6的数据与实施例1对比，可以发现，透气量和透湿量略微下降，原因是湿度对纳米纤维膜的孔隙有影响，较高的湿度会产生较粗的纤维，增加骨架蓬松度，从而增加孔隙面积，增加透气性。将实施例7的数据与实施例1对比，可以发现，不加醇溶蛋白进行二次纺丝的透气量和透湿量降低，原因是在纳米纤维膜的一侧设置有醇溶蛋白蜂窝膜层，利用其与二氧化硅/聚氨酯网格膜形成的漏斗状，降低透气阻力，增加透气性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种吸湿透气型保温羽绒复合面料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将羽绒纤维浸泡于植酸溶液中，洗涤，脱水；转移浸泡于硫酸锆溶液中，洗涤，离心；得到改性羽绒纤维，备用；
步骤2：将聚氨酯溶液、二氧化硅溶液和四乙氧基硅烷溶液混合均匀，作为纺丝溶液；执行一次纺丝：温度25℃，相对湿度为80％，接收距离为15cm，接收器的转速为100rmp，执行纺丝4小时，得到二氧化硅/聚氨酯网格膜；再以其作为接收器，以醇溶蛋白粉溶液作为纺丝溶液，执行二次纺丝：相对湿度40％，其余与一次纺丝的工艺参数相同，得到透气纳米纤维膜，备用；
步骤3：将聚酯无纺布浸泡在氢氧化钠溶液中，洗涤，干燥，得到聚酯无纺布A，备用；酸性条件下，将3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶液、乙醇和去离子水混合，加入聚酯无纺布A，搅拌一段时间；将其浸入3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐溶液中，加入2,2-二羟甲基丙酸溶液，搅拌一段时间；紫外光照射；得到吸湿性聚酯无纺布；
步骤4：将吸湿性聚酯无纺布与透气纳米纤维膜中二氧化硅/聚氨酯网格膜层一侧贴合，热轧，得到功能面料；
步骤5：以功能面料中醇溶蛋白蜂窝膜层一面朝里，将两层功能面料经过拉布、裁布、滚边、缝合，制作成具有填充腔体的功能面料体；在醇溶蛋白蜂窝膜层上均匀点胶，热压粘合，填充羽绒纤维，绗缝；得到保温羽绒复合面料；
步骤2中，聚氨酯溶液的浓度为16～20wt％，二氧化硅溶液的浓度为4～6wt％，四乙氧基硅烷溶液的浓度为5～8wt％，醇溶蛋白溶液的浓度为18～22wt％。
2.根据权利要求1所述的一种吸湿透气型保温羽绒复合面料的制备方法，其特征在于：步骤1的具体步骤为：（1）将羽绒纤维浸泡在0.9～1.2wt％的植酸溶液中10～15分钟，洗涤，脱水，得到羽绒纤维A；（2）将羽绒纤维A转移至6～8g/L的硫酸锆溶液中浸泡10～15分钟，洗涤，离心，得到羽绒纤维B；（3）循环重复（1）和（2）的步骤5~15次，得到改性羽绒纤维。
3.根据权利要求1所述的一种吸湿透气型保温羽绒复合面料的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述氢氧化钠溶液的浓度为180～220g/L，3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶液的浓度为2～4wt％，3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐溶液的浓度为8～12wt％，2,2-二羟甲基丙酸溶液的浓度为0.5～1.5wt％；紫外照射时间为0.8～1.2小时。
4.根据权利要求1所述的一种吸湿透气型保温羽绒复合面料的制备方法，其特征在于：步骤4中，热轧过程的温度为120～125℃，压力为2.2～2.6Mpa，热轧时间为8～10分钟。
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