CN117646329B - 一种热湿智能调控纤维及包含该纤维的面料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种热湿智能调控纤维及包含该纤维的面料，属于功能改性面料制备技术领域，所述热湿智能调控纤维以天然的蚕丝蛋白为原料纺丝制备为基体纤维，以温敏聚异丙基丙烯酰胺水凝胶为整理剂在所述基体纤维上涂覆制得，本发明基于带负电荷的聚2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸构筑高交联密度的一级交联网络，结合引入的含两性离子的温敏性聚合物构筑疏松的二级交联网络，同时在戊二醛交联剂的基础上加入锂藻土纳米粒子作为第二交联剂，构筑了同时具有高机械强度和模量的温敏性体系，提高纤维耐洗度。
Description
技术领域
本发明涉及功能改性面料制备技术领域，具体涉及一种热湿智能调控纤维及包含该纤维的面料。
背景技术
随着纺织技术水平的不断发展和生活水平的快速提升，消费者对服装面料的美学、舒适性等的要求也愈来愈高。面料的舒适性是一个复杂的系统，包含的因素较多，而织物的热舒适性作为影响面料舒适性的重要因素之一，近年来一直备受重视和研究。
纺织品作为人体与外界环境的界面，在人体与外界环境的热交换中起着重要的作用。近年来，随着科学技术的发展和研究的深入，出现了将个人热管理（Personal ThermalManagement，PTM）与纺织品相结合的新兴策略，包括针对人体辐射和传导传热的被动热管理方案以及新型的主动热管理器件；然而，新型个人热管理服装往往在温度调节性能和可穿戴性（透气性、可洗性、可拉伸性和可裁剪性）之间进行权衡。如针对人体辐射和传导传热的金属纳米纤维杂化薄膜/纺织品，采用负载金属的纳米纤维膜材料对人体热辐射进行调控管理，进而达到保温调温的目的，然而，此类材料并非真正的服用纺织品，在实际应用中也难以代替真正的服装面料；在主动热管理器件方面主要是通过在纤维内掺杂相变微胶囊进行热调控，其存在改性困难，相变材料载入较少，对温度的调控能力有限的问题，且仅对温度进行调节而无法调节湿度。
发明内容
针对上述问题中的至少一种，本发明提供一种热湿智能调控纤维及包含该纤维的面料。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种热湿智能调控纤维，所述热湿智能调控纤维的制备方法包括以下步骤：
（1）制备基体纤维，所述基体纤维为蚕丝纤维，所述蚕丝纤维的制备方法包括以下步骤：
将蚕茧去皮后置于碳酸钠溶液中，升温至沸后保温0.5-1h，取出重复置于碳酸钠溶液中沸煮以除胶，沸煮完成后以去离子水浸泡，干燥后溶解在溴化锂溶液中，加热升温至60-70℃并保温3-4h使其溶解完全，离心去除沉淀后得到蚕丝蛋白溶液，真空浓缩、脱气后得到纺丝溶液；将所述纺丝溶液纺制成丝，干燥后制得基体纤维；
（2）分别称取N-异丙基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸并溶解在去离子水中，得到单体溶液，在所述单体溶液中加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺和引发剂，混合后在常温下搅拌反应0.5-2h，反应完成后加入[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵，加入戊二醛和锂藻土纳米粒子，再次搅拌混合后制得整理液，将所述基体纤维浸渍在所述整理液中1-60min，取出真空干燥后制得。
在一些优选的实施方式中，所述N-异丙基丙烯酰胺与所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺、所述[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵的质量比例为10：（1.5-2.5）：（0.2-0.3）：（0.9-1.2）。
在一些优选的实施方式中，所述戊二醛在所述整理液中的质量比例为1-3wt%；所述锂藻土纳米粒子在所述整理液中的质量比例为0.1-1wt%。
在一些优选的实施方式中，所述碳酸钠溶液的浓度为2-3g/L，所述溴化锂溶液的浓度为0.9-1g/mL。
在一些优选的实施方式中，所述基体纤维的直径在10-100μm。
在一些优选的实施方式中，所述蚕丝纤维的制备方法包括以下步骤：
将蚕茧去皮后置于碳酸钠溶液中，升温至沸后保温0.5-1h，取出重复置于碳酸钠溶液中沸煮以除胶，沸煮完成后以去离子水浸泡，干燥后溶解在溴化锂溶液中，加热升温至60-70℃并保温3-4h使其溶解完全，离心去除沉淀后得到蚕丝蛋白溶液；在所述蚕丝蛋白溶液中加入壳聚糖的乙酸水溶液，真空浓缩、脱气后得到纺丝溶液；将所述纺丝溶液纺制成丝，干燥固定后以酸性水溶液洗涤，再以去离子水洗涤至中性，干燥得到前体纤维，将所述前体纤维依次浸入熔融的十六烷、聚二甲基硅氧烷的环己烷溶液和聚乙烯醇的苯甲酸钠水溶液中，洗涤、干燥后制得所述蚕丝纤维。
在一些优选的实施方式中，所述壳聚糖的乙酸水溶液中壳聚糖的浓度为1-10g/L；所述壳聚糖的乙酸水溶液与所述蚕丝蛋白溶液按体积比（5-10）：1混合。
在一些优选的实施方式中，所述聚二甲基硅氧烷的环己烷溶液的浓度为0.8-1.2wt%；所述聚乙烯醇的苯甲酸钠水溶液中聚乙烯醇的浓度为1-10wt%，苯甲酸钠的浓度为0.4-1wt%。
本发明的另一方面在于提供一种热湿智能调控面料，所述面料包括前述的热湿智能调控纤维。
在一些优选的实施方式中，所述面料还包括天然纤维和/或合成纤维；所述天然纤维为棉纤维、麻纤维、竹纤维、甲壳素纤维、壳聚糖纤维中的一种或几种；所述合成纤维为涤纶纤维、锦纶纤维、腈纶纤维、氯纶纤维、维纶纤维、氨纶纤维、聚烯烃纤维中的一种或几种。
本发明的有益效果为：
针对现有技术中的温度调控纤维仅能对温度进行调节而无法调节湿度的问题，本发明在天然蚕丝纤维的基础上，通过在表面整理改性温敏材料，实现温度湿度的双面调控，同时具有良好的整理稳定性和耐洗性能，具体的，本发明以天然的蚕丝蛋白为原料纺丝制备为基体纤维，以复合单体合成的温敏聚异丙基丙烯酰胺水凝胶为整理剂在所述基体纤维上涂覆制得，在凉爽条件下，整理剂聚合物随着温度的降低而变成扩张，使得纤维间的孔隙减小，透气排湿能力降低，呈保温作用，在高温条件下，整理剂聚合物随着温度的升高而收缩，使得纤维间的孔隙增大，透气排湿能力提高，呈降温作用；进一步的，本发明在聚异丙基丙烯酰胺的基础上，先与负电的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸构筑第一交联网络，在通过引入两性的[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵作为改性单体构筑第二交联网络，同时在戊二醛交联剂的基础上加入锂藻土纳米粒子作为第二交联剂，形成同时具有高机械强度和模量的温敏整理体系，从而提高整理纤维耐洗度；更具体来说，本发明所述的温敏聚异丙基丙烯酰胺水凝胶整理剂是以异丙基丙烯酰胺为主要单体，以带负电的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺为第二单体共聚交联构筑第一交联网络，制得前体整理剂，再在所述前体整理剂中引入具有两性的[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵作为改性单体，在戊二醛和锂藻土纳米粒子的交联作用下构筑第二交联网络，与第一交联网络形成互穿交联网络，制得所述聚异丙基丙烯酰胺水凝胶；进一步的，针对现有技术中的温度调控纤维使用相变微胶囊进行热调控存在的改性困难以及相变材料载入较少、对温度的调控能力有限的问题，本发明通过优化负载条件，简化负载程序，提高负载量和控温能力，具体来说，本发明通过基体纤维改性，以壳聚糖共混纺丝后再溶解去除，制得具有均匀孔道的蚕丝蛋白纤维，再通过相变材料的直接填充负载和表面封装，制得一种负载量大、控温良好、制备简单的改性纤维，再通过温敏整理，进一步提高了纤维的温控性能。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种热湿智能调控纤维，所述热湿智能调控纤维的制备方法包括以下步骤：
（1）制备基体纤维，所述基体纤维为蚕丝纤维，其制备方法包括以下步骤：将蚕茧去皮后置于浓度为2g/L的碳酸钠溶液中，升温至沸后保温0.5h，取出重复置于碳酸钠溶液中沸煮以除胶，沸煮完成后以去离子水浸泡，干燥后溶解在浓度为1g/mL溴化锂溶液中，加热升温至60℃并保温4h使其溶解完全，离心去除沉淀后得到浓度为100g/L的蚕丝蛋白溶液，真空浓缩、脱气后得到纺丝溶液；将所述纺丝溶液纺制成丝，干燥后制得基体纤维，所述基体纤维的直径为39μm；
（2）分别称取N-异丙基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸并溶解在去离子水中，得到烯键含量为1mol/L的单体溶液，在所述单体溶液中加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入占单体质量2%的K2S2O8和NaHSO3（n：n=1：1）作为氧化还原引发剂，混合后在常温下搅拌反应1h，反应完成后加入[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵，加入戊二醛和锂藻土纳米粒子，再次搅拌混合后制得整理液，将所述基体纤维浸渍在所述整理液中10min，取出真空干燥后制得；
其中，所述N-异丙基丙烯酰胺与所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺、所述[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵的质量比例为10：1.9：0.24：1；所述戊二醛在所述整理液中的质量比例为2.2wt%；所述锂藻土纳米粒子在所述整理液中的质量比例为0.8wt%。
实施例2
一种热湿智能调控纤维，所述热湿智能调控纤维的制备方法包括以下步骤：
（1）制备基体纤维，所述基体纤维为蚕丝纤维，其制备方法包括以下步骤：将蚕茧去皮后置于浓度为2g/L的碳酸钠溶液中，升温至沸后保温0.5h，取出重复置于碳酸钠溶液中沸煮以除胶，沸煮完成后以去离子水浸泡，干燥后溶解在浓度为1g/mL溴化锂溶液中，加热升温至60℃并保温4h使其溶解完全，离心去除沉淀后得到蚕丝蛋白溶液；称取壳聚糖并溶解在去离子水中，加入乙酸溶液调节pH为酸性，加热搅拌至溶解完全，得到壳聚糖溶液，将所述壳聚糖溶液与所述蚕丝蛋白溶液混合，真空浓缩、脱气后得到蛋白浓度为100g/L的纺丝溶液，将所述纺丝溶液纺制成丝，干燥固定后以乙酸水溶液（8wt%）洗涤，再以去离子水洗涤至中性，干燥得到前体纤维；称取十六烷并加热至熔融，将所述前体纤维浸入熔融的十六烷中，保温浸渍1h，取出淋洗后干燥，得到第二纤维；将聚二甲基硅氧烷溶解在环己烷溶剂中（1wt%），将所述第二纤维浸入聚二甲基硅氧烷溶液中3min，80℃真空干燥固化后得第三纤维；在聚乙烯醇中加入终浓度为0.6wt%的苯甲酸钠，得到聚乙烯醇溶液（4.8wt%），将所述第三纤维浸入所述聚乙烯醇溶液中5min，在60℃下真空干燥，得到第四纤维，即为所述蚕丝纤维，纤维直径为42μm；
其中，所述壳聚糖溶液的浓度为8g/L；所述蚕丝蛋白溶液与所述壳聚糖溶液按体积比7：1混合；
（2）分别称取N-异丙基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸并溶解在去离子水中，得到烯键含量为1mol/L的单体溶液，在所述单体溶液中加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入占单体质量2%的K2S2O8和NaHSO3（n：n=1：1）作为氧化还原引发剂，混合后在常温下搅拌反应1h，反应完成后加入[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵，加入戊二醛和锂藻土纳米粒子，再次搅拌混合后制得整理液，将所述基体纤维浸渍在所述整理液中10min，取出真空干燥后制得；
其中，所述N-异丙基丙烯酰胺与所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺、所述[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵的质量比例为10：1.9：0.24：1；所述戊二醛在所述整理液中的质量比例为2.2wt%；所述锂藻土纳米粒子在所述整理液中的质量比例为0.8wt%。
对比例1
一种热湿智能调控纤维，所述热湿智能调控纤维的制备方法包括以下步骤：
（1）制备基体纤维，所述基体纤维为蚕丝纤维，其制备方法同实施例2；
（2）分别称取N-异丙基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸并溶解在去离子水中，得到烯键含量为1mol/L的单体溶液，在所述单体溶液中加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入占单体质量2%的K2S2O8和NaHSO3（n：n=1：1）作为氧化还原引发剂，混合后在常温下搅拌反应1h，反应完成后加入戊二醛和锂藻土纳米粒子，再次搅拌混合后制得整理液，将所述基体纤维浸渍在所述整理液中10min，取出真空干燥后制得；
其中，所述N-异丙基丙烯酰胺与所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比例为10：1.9：0.24；所述戊二醛在所述整理液中的质量比例为2.2wt%；所述锂藻土纳米粒子在所述整理液中的质量比例为0.8wt%。
对比例2
一种热湿智能调控纤维，所述热湿智能调控纤维的制备方法包括以下步骤：
（1）制备基体纤维，所述基体纤维为蚕丝纤维，其制备方法同实施例2；
（2）分别称取N-异丙基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸并溶解在去离子水中，得到烯键含量为1mol/L的单体溶液，在所述单体溶液中加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入占单体质量2%的K2S2O8和NaHSO3（n：n=1：1）作为氧化还原引发剂，混合后在常温下搅拌反应1h，反应完成后加入[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵，加入戊二醛，再次搅拌混合后制得整理液，将所述基体纤维浸渍在所述整理液中10min，取出真空干燥后制得；
其中，所述N-异丙基丙烯酰胺与所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺、所述[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵的质量比例为10：1.9：0.24：1；所述戊二醛在所述整理液中的质量比例为2.2wt%。
对比例3
一种纤维，所述纤维为蚕丝纤维，其制备方法包括以下步骤：将蚕茧去皮后置于浓度为2g/L的碳酸钠溶液中，升温至沸后保温0.5h，取出重复置于碳酸钠溶液中沸煮以除胶，沸煮完成后以去离子水浸泡，干燥后溶解在浓度为1g/mL溴化锂溶液中，加热升温至60℃并保温4h使其溶解完全，离心去除沉淀后得到浓度为100g/L的蚕丝蛋白溶液，真空浓缩、脱气后得到纺丝溶液；将所述纺丝溶液纺制成丝，干燥后制得基体纤维，所述基体纤维的直径为39μm。
实验例
将实施例1-2、对比例1-3所述纤维纺织为面料，具体是，采用织物组织为单面平针，在电脑横机上编织，横密：69/10cm；纵密：49/10cm；针号：12G；纱线：32S纱双股喂入；克重：317克/平方米；对制得的纤维面料的热湿调控性能进行检测，其中，温度控制采用差示扫描热法进行检测，将实验环境设定在10/35℃环境下，检测仪器是否正常运作，将扫描热仪对准在试样的外表面，开始扫描，仪器会实时的显示发出的辐射热量和温度；湿度控制采用干燥速率法，参考AATCC201-2014，试样根据ASTMD1776制备；洗涤过程参考AATCC 61-2009进行；测定结果如表1所示。
表1 实施例1-2、对比例1-3所述纤维纺织面料的热湿调控性能
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，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实质和范围。
Claims (8)
1.一种热湿智能调控纤维，其特征在于，所述热湿智能调控纤维的制备方法包括以下步骤：
（1）制备基体纤维，所述基体纤维为蚕丝纤维，所述蚕丝纤维的制备方法包括以下步骤：
将蚕茧去皮后置于碳酸钠溶液中，升温至沸后保温0.5-1h，取出重复置于碳酸钠溶液中沸煮以除胶，沸煮完成后以去离子水浸泡，干燥后溶解在溴化锂溶液中，加热升温至60-70℃并保温3-4h使其溶解完全，离心去除沉淀后得到蚕丝蛋白溶液；在所述蚕丝蛋白溶液中加入壳聚糖的乙酸水溶液，真空浓缩、脱气后得到纺丝溶液；将所述纺丝溶液纺制成丝，干燥固定后以酸性水溶液洗涤，再以去离子水洗涤至中性，干燥得到前体纤维，将所述前体纤维依次浸入熔融的十六烷、聚二甲基硅氧烷的环己烷溶液和聚乙烯醇的苯甲酸钠水溶液中，洗涤、干燥后制得所述蚕丝纤维；
（2）分别称取N-异丙基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸并溶解在去离子水中，得到单体溶液，在所述单体溶液中加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺和引发剂，混合后在常温下搅拌反应0.5-2h，反应完成后加入[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵，加入戊二醛和锂藻土纳米粒子，再次搅拌混合后制得整理液，将所述基体纤维浸渍在所述整理液中1-60min，取出真空干燥后制得。
2.根据权利要求1所述的一种热湿智能调控纤维，其特征在于，所述N-异丙基丙烯酰胺与所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺、所述[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵的质量比例为10：（1.5-2.5）：（0.2-0.3）：（0.9-1.2）。
3.根据权利要求1所述的一种热湿智能调控纤维，其特征在于，所述戊二醛在所述整理液中的质量比例为1-3wt%；所述锂藻土纳米粒子在所述整理液中的质量比例为0.1-1wt%。
4.根据权利要求1所述的一种热湿智能调控纤维，其特征在于，所述碳酸钠溶液的浓度为2-3g/L，所述溴化锂溶液的浓度为0.9-1g/mL。
5.根据权利要求1所述的一种热湿智能调控纤维，其特征在于，所述基体纤维的直径在10-100μm。
6.根据权利要求1所述的一种热湿智能调控纤维，其特征在于，所述壳聚糖的乙酸水溶液中壳聚糖的浓度为1-10g/L；所述壳聚糖的乙酸水溶液与所述蚕丝蛋白溶液按体积比（5-10）：1混合。
7.根据权利要求1所述的一种热湿智能调控纤维，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷的环己烷溶液的浓度为0.8-1.2wt%；所述聚乙烯醇的苯甲酸钠水溶液中聚乙烯醇的浓度为1-10wt%，苯甲酸钠的浓度为0.4-1wt%。
8.一种热湿智能调控面料，其特征在于，包括权利要求1-7之一所述的热湿智能调控纤维。
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