CN115748260A - 一种超疏水超轻量的救生填充纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超疏水超轻量的救生填充纤维，具体为一种通过改性空气微胶囊、疏水剂和去离子水混合配制成整理液整理的纤维，所述改性空气微胶囊包括含空气的内核、包覆所述内核的第一外层和第二外层，所述内核为空气乳化液，所述第一外层为透明包覆壳层，所述第二外层为疏水无机壁材包覆壳层。本发明属于纤维技术领域，具体提供了一种超疏水超轻量的救生填充纤维及其制备方法，该超疏水超轻量的救生填充纤维将改性空气微胶囊与疏水剂对纤维进行整理赋予其超疏水、超轻量和保暖功能，使纤维达到多功能性，更加满足市场多功能的需求。

Description

一种超疏水超轻量的救生填充纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于纤维技术领域，具体为一种超疏水超轻量的救生填充纤维及其制备方法。

背景技术

某些户外场合作业人员，如水上作业人员、水上部队执勤人员、工程抢修人员等，会面临工作时落水的情况。一旦纤维进水，纤维会因大量吸水变重，影响作业人员工作，危害其生命安全；另一方面，由于纤维进水，从而使纺织品丧失保暖性，也危害作业人员身体健康。因此，一种超疏水超轻量的救生填充纤维成为市场的迫切需求。

公开号为CN114177850A的中国发明专利一种空气微胶囊及其制备方法、保暖纤维素纤维及其制备方法和应用公开了如下技术：用原位聚合法制备了一种空气微胶囊，此空气微胶囊，包括囊芯和囊壁，所述囊芯为空气，所述囊壁材料为改性三聚氰胺甲醛树脂。但采用该方法合成的有机壁材微胶囊的使用场所和寿命等受限于环境的酸碱性等条件，耐酸碱性、热稳定性和耐久性不是很好，而且仅有一层壁材功能性不广泛。

因此，如何实现纤维同时具有超疏水功能、超轻量和保暖性能，是目前待解决的技术问题。

发明内容

基于现有纤维无法兼具轻量、疏水保暖的问题，本发明提供了一种超疏水超轻量的救生填充纤维及其制备方法，该超疏水超轻量的救生填充纤维将改性空气微胶囊与疏水剂对纤维进行整理赋予其超疏水、超轻量和保暖功能，使纤维达到多功能性，更加满足市场多功能的需求。

本发明提供如下的技术方案：本发明提出的一种超疏水超轻量的救生填充纤维，具体为一种通过改性空气微胶囊、疏水剂和去离子水混合配制成整理液整理的纤维，所述改性空气微胶囊包括含空气的内核、包覆所述内核的第一外层和第二外层，所述内核为空气乳化液，所述第一外层为透明包覆壳层，所述第二外层为疏水无机壁材包覆壳层。

优选地，所述空气乳化液由质量浓度为1～2％的乳化剂、去离子水和空气混合形成。

进一步优选地，所述空气乳化液的乳化剂为亲水型的阴离子型乳化剂，选自以下乳化剂的一种或多种：十二烷基苯磺酸钠或者十二烷基硫酸钠，更优选为十二烷基硫酸钠。

优选地，所述透明包覆壳层的预聚体由1:(3～4):(7～8)的三聚氰胺、甲醛和去离子水反应形成。

优选地，所述疏水无机壁材包覆壳层由正硅酸乙酯、乙醇、去离子水、硅烷偶联剂、十六烷基三甲氧基硅烷反应形成，由于正硅酸乙酯形成的二氧化硅表面存在大量羟基且形成的二氧化硅颗粒间易发生团聚现象，很难均匀地包覆在以有机聚合物为壁材的微胶囊表面，添加硅烷偶联剂可以改善该改性过程，降低硅溶胶中二氧化硅粒子的极性，提高正硅酸乙酯溶胶体系的聚集稳定性，减少二氧化硅粒子间的团聚，增强二氧化硅与树脂的相容性，从而达到理想的改性效果。

进一步优选地，所述硅烷偶联剂选自包括以下硅烷偶联剂在内的一种或多种：3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。

作为优选地，所述硅烷偶联剂加入量优选为正硅酸乙酯质量的12～14％，所述十六烷基三甲氧基硅烷的添加质量浓度为3～5％。

优选地，所述透明包覆壳层和疏水无机壁材包覆壳层还包括pH调节剂；所述透明包覆壳层的pH值为8～9；所述内核和透明包覆壳层的混合物的pH值为4～5；所述疏水无机壁材包覆壳层的pH值为3～4。

优选地，所述改性空气微胶囊的平均粒径为50～60μm。

进一步优选地，所述疏水剂选自以下疏水剂的一种或多种：有机硅树脂、氟碳聚合物和聚硅氧烷；所述疏水剂加入量优选为纤维质量的3～5％。

本发明还提供了一种如上所述超疏水超轻量的救生填充纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)将用于形成内核的乳化剂分散于去离子水中，均匀搅拌，使乳化剂分散均匀形成反应液，乳化剂加入量为反应液质量的1～2％；

2)向步骤1)的反应液中通入空气，并使空气完全溶于所述反应液，形成内核空气乳化液；

3)将用于形成透明包覆壳层的甲醛和三聚氰胺加入到去离子水中搅拌形成透明包覆壳层反应液；

4)向步骤3)的透明包覆壳层反应液中加入碱性pH调节剂，碱性pH调节剂优选为三乙醇胺，使反应液在碱性pH调节剂的存在下聚合，制得所述透明包覆壳层的预聚体；

5)向步骤4)所述透明包覆壳层的预聚体中加入内核空气乳化液，使内核空气乳化液完全分散于透明包覆壳层的预聚体的混合溶液中，形成反应中间体混合溶液；

6)向步骤5)所述反应中间体混合溶液中加入酸性pH调节剂，酸性pH调节剂优选为柠檬酸，使反应中间体混合溶液在酸性pH调节剂的存在下聚合，制得所述空气微胶囊溶液；其中，所述内核中含有空气，所述透明包覆壳层为透明材料；

7)将用于形成疏水无机壁材包覆壳层的正硅酸乙酯、乙醇加入到去离子水中，搅拌，加入正硅酸乙酯质量12～14％的硅烷偶联剂，再加入盐酸聚合，之后在添加质量浓度为3～5％十六烷基三甲氧基硅烷制得疏水无机壁材包覆壳层反应液；

8)将步骤6)所得的空气微胶囊溶液加入到步骤7)所得的疏水无机壁材包覆壳层反应液中，即可制得所述改性空气微胶囊；其中，所述内核中含有空气，所述透明包覆壳层为透明材料，所述疏水无机壁材包覆壳层为无机材料；

9)将步骤8)中所述改性空气微胶囊、疏水剂和去离子水混合配制成整理液，将纤维通过整理液浸泡、脱水、烘干的方式完成改性，得到超疏水超轻量的救生填充纤维。

采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本发明提出的一种超疏水超轻量的救生填充纤维及其制备方法，通过将溶胶-凝胶法对原位聚合所得的空气微胶囊进行改性得到改性空气微胶囊，即在有机壁材外再包覆一层疏水无机壁材，以提高微胶囊的疏水性、耐腐蚀性、热稳定性、气密性和受热时耐压性，从而使纤维具有疏水、保暖和轻量功能。再通过与疏水剂的共同作用，制备一种超疏水超轻量的救生填充纤维。该超疏水超轻量的救生填充纤维可防止常规填充纤维吸水下沉，以致溺水，从而有利于救援人员有足够的时间救援，减少相关落水人员溺水身亡事故的发生，极大拓展了填充纤维的应用领域，对于纤维的广泛应用和发展具有重要意义。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：

(1)本发明通过设计特殊的芯材(内核)，以空气为内核制备空气微胶囊附着在纤维上，可以使填充纤维更加的轻量和保暖；

(2)本发明通过对空气微胶囊进行改性，在有机壁材外再包覆一层疏水无机壁材，以提高微胶囊的疏水性、耐腐蚀性、热稳定性、气密性和受热时耐压性，从而使纤维具有疏水、保暖和轻量功能。而且也保证了内核与外壳层间的稳定性，赋予空气微胶囊优良的环境适应性；

(3)本发明通过将改性空气微胶囊和疏水剂整理到纤维上，从而制备一种超疏水超轻量的救生填充纤维，赋予纤维多功能性，扩展了纤维应用范围。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明一种超疏水超轻量的救生填充纤维的改性空气微胶囊的结构示意图；

图2为本发明一种超疏水超轻量的救生填充纤维的制备方法的过程示意图。

其中，1、内核，2、第一外层，3、第二外层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1

(1)超疏水超轻量的救生填充纤维的制备

1)按重量计，将质量浓度1％乳化剂十二烷基硫酸钠加至去离子水中，加热至60℃搅拌1h，搅拌均匀后通入空气，得到空气乳化液。空气流速为1L/min；时间为50min，形成内核空气乳化液。

2)按重量计，将三聚氰胺和甲醛加至水中，其中三聚氰胺、甲醛和水摩尔比为1:3:7。搅拌均匀后依次加入5％三乙醇胺溶液pH调节剂将溶液pH值调到8～9，混匀后置于三口烧瓶中，从室温开始升温，温度升至75℃搅拌80min，形成密胺树脂预聚体，冷却至室温备用；

3)将内核空气乳化液取出后混入步骤2)中制备的密胺树脂预聚体中，将反应中间体混合液置于烧杯中，加入5％柠檬酸溶液pH调节剂将溶液pH值调到4～5，然后将混合液置入四口烧瓶中，同时通氮气并开始升温，温度升至60℃，反应4h后倒出反应液，即得空气微胶囊乳液。

4)将正硅酸乙酯、乙醇和蒸馏水按一定质量比置于烧杯中，并加入正硅酸乙酯质量12％的硅烷偶联剂，在60℃的条件下持续搅拌15min。以盐酸为催化剂，将搅拌后溶液的pH值调至3～4，并在60℃下继续搅拌30min。再加入3％十六烷基三甲氧基硅烷，60℃下继续搅拌60min。

5)将步骤4)搅拌后的溶液倒入三口烧瓶中，并将烧瓶置于60℃恒温水浴锅中，同时在该溶液中加入原位聚合法所得的空气微胶囊乳液，微胶囊质量与正硅酸乙酯质量比为1∶1，并持续搅拌150min，即得改性空气微胶囊。

6)将一定量的改性空气微胶囊粉末、3％疏水助剂和去离子水混合配制成整理液。将纤维浸于浴比为1∶20的整理液，在染缸里50℃浸泡30min，然后将纤维在脱水机里脱水。在80℃下预烘5min，140℃下焙烘30min制备超疏水超轻量的救生填充纤维。

实施例2

超疏水超轻量的救生填充纤维的制备

1)按重量计，将质量浓度1％乳化剂十二烷基硫酸钠加至去离子水中，加热至60℃搅拌1h，搅拌均匀后通入空气，得到空气乳化液。空气流速为1L/min；时间为50min，形成内核空气乳化液。

2)按重量计，将三聚氰胺和甲醛加至水中，其中三聚氰胺、甲醛和水摩尔比为1:3:8，搅拌均匀后依次加入5％三乙醇胺溶液pH调节剂将溶液pH值调到8～9，混匀后置于三口烧瓶中，从室温开始升温，温度升至75℃搅拌80min，形成密胺树脂预聚体，冷却至室温备用；

3)将内核空气乳化液取出后混入步骤2)中制备的密胺树脂预聚体中，将反应中间体混合液置于烧杯中，加入5％柠檬酸溶液pH调节剂将溶液pH值调到4～5，然后将混合液置入四口烧瓶中，同时通氮气并开始升温，温度升至60℃，反应4h后倒出反应液，即得空气微胶囊乳液。

4)将正硅酸乙酯、乙醇和蒸馏水按一定质量比置于烧杯中，并加入正硅酸乙酯质量13％的硅烷偶联剂，在60℃的条件下持续搅拌15min。以盐酸为催化剂，将搅拌后溶液的pH值调至3～4，并在60℃下继续搅拌30min。再加入4％十六烷基三甲氧基硅烷，60℃下继续搅拌60min。

5)将步骤4)搅拌后的溶液倒入三口烧瓶中，并将烧瓶置于60℃恒温水浴锅中，同时在该溶液中加入原位聚合法所得的空气微胶囊乳液，微胶囊质量与正硅酸乙酯质量比为1∶1，并持续搅拌150min，即得改性空气微胶囊。

6)将一定量的改性空气微胶囊粉末、4％疏水助剂和去离子水混合配制成整理液。将纤维浸于浴比为1∶20的整理液，在染缸里50℃浸泡30min，然后将纤维在脱水机里脱水。在80℃下预烘5min，140℃下焙烘30min制备超疏水超轻量的救生填充纤维。

实施例3

(1)超疏水超轻量的救生填充纤维的制备

1)按重量计，将质量浓度2％乳化剂十二烷基硫酸钠加至去离子水中，加热至60℃搅拌1h，搅拌均匀后通入空气，得到空气乳化液。空气流速为1L/min；时间为50min，形成内核空气乳化液。

2)按重量计，将三聚氰胺和甲醛加至水中，其中三聚氰胺、甲醛和水摩尔比为1:4:7，搅拌均匀后依次加入5％三乙醇胺溶液pH调节剂将溶液pH值调到8～9，混匀后置于三口烧瓶中，从室温开始升温，温度升至75℃搅拌80min，形成密胺树脂预聚体，冷却至室温备用；

3)将内核空气乳化液取出后混入步骤2)中制备的密胺树脂预聚体中，将反应中间体混合液置于烧杯中，加入5％柠檬酸溶液pH调节剂将溶液pH值调到4～5，然后将混合液置入四口烧瓶中，同时通氮气并开始升温，温度升至60℃，反应4h后倒出反应液，即得空气微胶囊乳液。

4)将正硅酸乙酯、乙醇和蒸馏水按一定质量比置于烧杯中，并加入正硅酸乙酯质量13％的硅烷偶联剂，在60℃的条件下持续搅拌15min。以盐酸为催化剂，将搅拌后溶液的pH值调至3～4，并在60℃下继续搅拌30min。再加入4％十六烷基三甲氧基硅烷，60℃下继续搅拌60min。

5)将步骤4)搅拌后的溶液倒入三口烧瓶中，并将烧瓶置于60℃恒温水浴锅中，同时在该溶液中加入原位聚合法所得的空气微胶囊乳液，微胶囊质量与正硅酸乙酯质量比为1∶1，并持续搅拌150min，即得改性空气微胶囊。

6)将一定量的改性空气微胶囊粉末、4％疏水助剂和去离子水混合配制成整理液。将纤维浸于浴比为1∶20的整理液，在染缸里50℃浸泡30min，然后将纤维在脱水机里脱水。在80℃下预烘5min，140℃下焙烘30min制备超疏水超轻量的救生填充纤维。

实施例4

超疏水超轻量的救生填充纤维的制备

1)按重量计，将质量浓度2％乳化剂十二烷基硫酸钠加至去离子水中，加热至60℃搅拌1h，搅拌均匀后通入空气，得到空气乳化液。空气流速为1L/min；时间为50min，形成内核空气乳化液。

2)按重量计，将三聚氰胺和甲醛加至水中，其中三聚氰胺、甲醛和水摩尔比为1:4:8，搅拌均匀后依次加入5％三乙醇胺溶液pH调节剂将溶液pH值调到8～9，混匀后置于三口烧瓶中，从室温开始升温，温度升至75℃搅拌80min，形成密胺树脂预聚体，冷却至室温备用；

3)将内核空气乳化液取出后混入步骤2)中制备的密胺树脂预聚体中，将反应中间体混合液置于烧杯中，加入5％柠檬酸溶液pH调节剂将溶液pH值调到4～5，然后将混合液置入四口烧瓶中，同时通氮气并开始升温，温度升至60℃，反应4h后倒出反应液，即得空气微胶囊乳液。

4)将正硅酸乙酯、乙醇和蒸馏水按一定质量比置于烧杯中，并加入正硅酸乙酯质量14％的硅烷偶联剂，在60℃的条件下持续搅拌15min。以盐酸为催化剂，将搅拌后溶液的pH值调至3～4，并在60℃下继续搅拌30min。再加入5％十六烷基三甲氧基硅烷，60℃下继续搅拌60min。

5)将步骤4)搅拌后的溶液倒入三口烧瓶中，并将烧瓶置于60℃恒温水浴锅中，同时在该溶液中加入原位聚合法所得的空气微胶囊乳液，微胶囊质量与正硅酸乙酯质量比为1∶1，并持续搅拌150min，即得改性空气微胶囊。

6)将一定量的改性空气微胶囊粉末、5％疏水助剂和去离子水混合配制成整理液。将纤维浸于浴比为1∶20的整理液，在染缸里50℃浸泡30min，然后将纤维在脱水机里脱水。在80℃下预烘5min，140℃下焙烘30min制备超疏水超轻量的救生填充纤维。

要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物料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、物料或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种超疏水超轻量的救生填充纤维，其特征在于，具体为一种通过改性空气微胶囊、疏水剂和去离子水混合配制的整理液整理的纤维，所述改性空气微胶囊包括含空气的内核、包覆所述内核的第一外层和第二外层，所述内核为空气乳化液，所述第一外层为透明包覆壳层，所述第二外层为疏水无机壁材包覆壳层。

2.根据权利要求1所述的一种超疏水超轻量的救生填充纤维，其特征在于，所述空气乳化液由质量浓度为1～2％的乳化剂、去离子水和空气混合形成。

3.根据权利要求2所述的一种超疏水超轻量的救生填充纤维，其特征在于，所述空气乳化液的乳化剂为亲水型的阴离子型乳化剂，选自以下乳化剂的一种或多种：十二烷基苯磺酸钠或者十二烷基硫酸钠。

4.根据权利要求1所述的一种超疏水超轻量的救生填充纤维，其特征在于，所述透明包覆壳层的预聚体由1:(3～4):(7～8)的三聚氰胺、甲醛和去离子水反应形成。

5.根据权利要求4所述的一种超疏水超轻量的救生填充纤维，其特征在于，所述疏水无机壁材包覆壳层由正硅酸乙酯、乙醇、去离子水、硅烷偶联剂、十六烷基三甲氧基硅烷反应形成。

6.根据权利要求5所述的一种超疏水超轻量的救生填充纤维，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自包括以下硅烷偶联剂在内的一种或多种：3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，所述硅烷偶联剂加入量为正硅酸乙酯质量的12～14％，所述十六烷基三甲氧基硅烷的添加质量浓度为3～5％。

7.根据权利要求6所述的一种超疏水超轻量的救生填充纤维，其特征在于，所述透明包覆壳层和疏水无机壁材包覆壳层还包括pH调节剂；所述透明包覆壳层的pH值为8～9；所述内核空气乳化液和透明包覆壳层的混合物的pH值为4～5；所述疏水无机壁材包覆壳层的pH值为3～4。

8.根据权利要求1所述的一种超疏水超轻量的救生填充纤维，其特征在于，所述改性空气微胶囊的平均粒径为50～60μm。

9.根据权利要求1所述的一种超疏水超轻量的救生填充纤维，其特征在于，所述疏水剂选自以下疏水剂的一种或多种：有机硅树脂、氟碳聚合物和聚硅氧烷；所述疏水剂加入量为纤维质量的3～5％。

10.根据权利要求1～9任一项所述的一种超疏水超轻量的救生填充纤维的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)将用于形成内核的乳化剂分散于去离子水中，均匀搅拌，使乳化剂分散均匀形成反应液，乳化剂加入量为反应液质量的1～2％；

2)向步骤1)的反应液中通入空气，并使空气完全溶于所述反应液，形成内核空气乳化液；

3)将用于形成透明包覆壳层的甲醛和三聚氰胺加入到去离子水中搅拌形成透明包覆壳层反应液；

4)向步骤3)的透明包覆壳层反应液中加入碱性pH调节剂，使反应液在碱性pH调节剂的存在下聚合，制得所述透明包覆壳层的预聚体；

5)向步骤4)所述透明包覆壳层的预聚体中加入内核空气乳化液，使内核空气乳化液完全分散于透明包覆壳层的预聚体的混合溶液中，形成反应中间体混合溶液；

6)向步骤5)所述反应中间体混合溶液中加入酸性pH调节剂，使反应中间体混合溶液在酸性pH调节剂的存在下聚合，制得所述空气微胶囊溶液；其中，所述内核中含有空气，所述透明包覆壳层为透明材料；

7)将用于形成疏水无机壁材包覆壳层的正硅酸乙酯、乙醇加入到去离子水中，搅拌，加入正硅酸乙酯质量12～14％的硅烷偶联剂，再加入盐酸聚合，之后在添加质量浓度为3～5％十六烷基三甲氧基硅烷制得疏水无机壁材包覆壳层反应液；

8)将步骤6)所得的空气微胶囊溶液加入到步骤7)所得的疏水无机壁材包覆壳层反应液中，即可制得所述改性空气微胶囊；其中，所述内核中含有空气，所述透明包覆壳层为透明材料，所述疏水无机壁材包覆壳层为无机材料；

9)将步骤8)中所述改性空气微胶囊、疏水剂和去离子水混合配制成整理液，将纤维通过整理液浸泡、脱水、烘干的方式完成改性，得到超疏水超轻量的救生填充纤维。

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