專利名稱：一種新型的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料及其制備方法。
背景技術：
傳統的保暖方法是通過控制熱的傳導、對流、輻射所導致的熱散失，如使用厚的織物或棉絮等來保溫，可以說是被動地保持熱量。然而現代社會對服裝的舒適性、功能性、美觀性等的要求越來越高，傳統保暖服飾蓬松、臃腫，既不便活動，又缺乏美感。為滿足這些需求，人們開發研制成功了主動產熱式保暖材料-發熱纖維，包括吸濕發熱纖維、電能發熱纖維、光能發熱纖維、化學發熱纖維等等。其中，生產吸濕發熱纖維的技術相對成熟，目前已經有產品面市，如東麗公司Warmsensor纖維、Softwarm纖維，日本東洋紡公司N38纖維、eks纖維，日本旭化成株氏會社Thermogear纖維，日本三菱公司Renaiss α纖維等等。國內一些公司和機構也在積極致力于開展發熱纖維相關技術的研究。中國發明專利申請CN200810033958. 5提出了一種發熱纖維內衣面料及其加工工藝，該發明有較好的親膚性，低起球性和舒適的彈性。再如，中國發明專利CN201110098693. 9提出了一種吸濕發熱纖維材料的制備方法，通過一定比例的丙烯酸，丙烯酰胺和丙烯腈在氧化還原體系下弓I發接枝聚合，然后將反應產物定型，得到了吸濕率高于25 %的發熱纖維。這些發熱纖維的機理雖各有不同，但都是基于一個基本物理現象水分蒸發吸熱， 相反氣態水轉化為液態也會產生凝集熱。吸濕發熱纖維正是利用水的汽化將身體產生的汗氣轉化為液態水時所產生的熱量用于保暖。從上述原理可以看出，發熱纖維雖然解決了傳統保暖材料蓬松臃腫的問題，卻有著自身的缺陷。那就是發熱纖維對體表溫度的調節是單向的，只能致熱，但對于大量出汗等極端情況下出現的過于燥熱等問題無能為力。而這些情況往往是不可忽視，甚至是經常出現的，比如在劇烈運動，長時間工作等情況下，發熱纖維在這些情況下產生的大量的熱不但是身體所不需要的，甚至是有害的。為了實現服飾保暖輕便化，還有研究人員提出了相變儲能技術。這是一種利用物質在相變過程中，當環境溫度升高時熔融吸熱，以及當環境溫度下降時凝固放熱，來對環境溫度進行調節的技術。這種相變儲能技術也取得了長足的發展。如中國發明專利 CN200710014607. 5提出了一種相變儲能纖維及其制備方法，采用纖維素漿柏纖維素膠粘溶液，將相變材料石蠟熔融液混合制得紡絲溶液，再紡絲制得相變儲能粘膠纖維。再如，中國實用新型專利CN201020567083.X提出利用outlast纖維，制成了調溫針織內衣。但是，相變儲能技術也有著明顯的缺點，相變材料自身并不會發熱，它仍然是一種被動“產熱”，只是儲存了環境中的熱量。被動產熱往往意味著供熱不足，保暖能力不夠，效率低下
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種新型具有雙向調溫功能的發熱纖維材料，及其制備方法，即將相變儲能技術和發熱纖維技術有機地結合起來，同時實現主動產熱和雙向調溫。這種纖維材料可以主動產熱提高體表溫度，還可對體表溫度進行雙向調節。本發明提供一種新型具有雙向調溫功能的發熱纖維材料，其包含相變材料和發熱纖維。所述相變材料選自相變溫度為5-85°C的相變材料中的任意一種或它們的任意組合。進一步地，所述相變材料優選選自相變微膠囊的粉劑、相變乳液、其它形式相變材料的固液混合分散體系以及相變儲能纖維。所述發熱纖維選自吸濕發熱纖維、電能發熱纖維、光能發熱纖維、化學發熱纖維、 其它發熱纖維以及以上發熱纖維與其它纖維以任意比例混紡得到的纖維材料中的任意一種或它們的任意組合。進一步地，所述發熱纖維優選為吸濕發熱纖維。所述具有雙向調溫功能的發熱纖維材料還包含添加劑。進一步地，所述添加劑選自粘合劑、陰離子型潤濕劑、粘度調節劑以及纖維加工或織物整理中常用的其它添加劑。此外，本發明還提供一種具有雙向調溫功能的發熱纖維材料的制備方法，其通過各種物理和化學方法將相變材料與發熱纖維結合起來形成所述具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。所述制備方法優選為在所述發熱纖維的加工或生產過程中，采用整理方法將所述相變材料填加在纖維材料表面，或纖維與纖維之間。進一步地，所述整理方法優選自上漿、 浸軋、噴霧、涂敷以及其它常規整理方法中的任意一種或它們的任意組合。所述制備方法還可優選為將所述相變儲能纖維與所述發熱纖維材料以任意比例進行混紡得到所述具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。所述制備方法還可優選為通過多層結構將發熱纖維與相變材料加工組合起來形成多層的所述具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。所述制備方法還可優選為將所述相變材料與所述發熱纖維復合得到一種復合的包裹結構。進一步地，所述包裹結構優選自以下結構a)外層為相變材料，內層為發熱纖維山)外層為發熱纖維，內層為相變材料；c)內層為發熱纖維和相變材料，外層為其他纖維。通過本發明方案得到的纖維材料具有智能雙向調溫功能，既有效利用了發熱纖維產生的過多的熱量，又彌補了發熱纖維在某些情況下產熱不足的缺憾。可隨環境變化而進行吸熱或放熱，從而實現微環境溫度的雙向調節，實現對能源的高效管理，解決能源利用在時間和空間上的不匹配問題。并且，很好地解決了衣物輕薄化的問題，可以制作出更薄的衣物，節省原材料。
圖I是本發明的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料中相變材料與發熱纖維結合方式的圖。
具體實施例方式本發明旨在提供一種包含相變材料和發熱纖維的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料，這種材料通過各種物理和化學方法將相變材料與發熱纖維結合起來而形成。優選所述具有雙向調溫功能的發熱纖維材料通過以下方法之一或任意組合實現I)在上述發熱纖維的加工或生產過程中，采用整理方法，如上漿，浸軋，噴霧，涂敷等等各種方法之一或其任意組合，通過各種物理化學作用，得到如附圖I中A所示結構，即將相變材料填加在纖維材料表面，或纖維與纖維之間，即得到本發明所述的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料；2)使用相變儲能纖維，將相變儲能纖維與上述的發熱纖維材料以任意比例進行混紡，復合后得到如附圖I中B所示結構之一或其任意組合，即所得纖維材料中，一部分為相變儲能纖維，一部分為發熱纖維；即得到本發明所述的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料；3)如附圖I中C所示，可通過多層(一層以上)結構來實現發熱纖維及其雙向調溫功能。其中將發熱纖維材料層與相變儲能纖維材料層加工組合起來形成多層纖維材料， 即得到本發明所述的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料，。4)將上述相變材料與上述發熱纖維材料復合得到如附圖I中D所示結構之一或其任意組合，即一種復合的包裹結構，這種包裹結構分為3種情況a)外層為相變材料，內層為發熱纖維；b)外層為發熱纖維，內層為相變材料；c)內層為發熱纖維和相變材料，外層為其他纖維。上述相變材料可以是通過各種方法得到的，相變溫度為5_85°C范圍內的所有形式的相變材料，不但包括相變微膠囊的粉劑，相變乳液以及其他形式相變材料的固液混合分散體系等，而且包括相變儲能纖維，即通過各種方法得到的具有相變儲能性質的纖維材料都應視為此類材料。本發明所謂的相變材料包括上述各類相變材料中和任意一種，或其任
意組合。本發明主要采用了吸濕發熱纖維，但并不局限于此。所謂發熱纖維，不僅僅是吸濕發熱纖維材料，包括電能發熱，光能發熱，化學發熱等等各種原理，通過各種方法制得的發熱纖維都在此范圍之內。也包括將發熱纖維與其他纖維以任意比例經過混紡后得到的纖維材料。上述發熱纖維中的任意一種或其任意組合，均應視為此類材料。在所述方法中，所謂發熱纖維材料的加工或生產過程，所采用整理方法，包括上漿，浸軋，噴霧，涂敷等等，以及其他常規使用的整理方法，不論前整理或后整理，上述各種方法之一或其任意組合。所述方法I中所謂將相變材料與纖維復合，是通過各種物理化學作用，將相變材料填加在纖維材料表面，或纖維與纖維之間。在所述方法2的混紡工藝中，所加入的主要原料是相變儲能纖維和發熱纖維，但并不意味著僅僅只有這兩種纖維。在實際加工過程，出于成本和效果等考慮，可以添加各種在混紡工藝中常用的其他纖維，或添加劑等。在上述工藝的實現過程中，可以根據實際情況加入各種添加劑，如粘合劑，優選不含甲醛的環保粘合劑(可選用丙烯酸酯類，聚氨酯類等)；如陰離子型潤濕劑，如烷基硫酸鹽、琥珀酸基酯磺酸鹽、琥珀酰胺酸烷基酯磺酸鹽、烷基磺基琥珀酰胺等等化合物中的一種或其任意組合，優選這些化合物碳原子數為6-24，并可對這些化合物進行乙氧基化或丙氧基化，優選乙氧基化程度在1-50之間；再如粘度調節劑，可以是有機鹽或無機鹽，有機鹽如尿素、尿素衍生物或氨基酸，無機鹽如氯化鈉、氯化鎂等堿金屬鹽或堿土金屬鹽，上述優選無機鹽。本發明的添加劑也包括纖維加工或織物整理中常用的其他添加劑。下面通過實施例來更具體地說明本發明的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。實施例I :浸軋液配方相變微膠囊 2-30%粘合劑2-30%水40-96 %其中，相變微膠囊(制備方法參照文章Journal of Applied Polymer Science, 2005,97 390)主要成分是囊芯為相變烷烴，殼層為脲醛樹脂，或如聚氨酯等聚合物，粒徑大小可控制在100納米到1000微米間。粘合劑為常溫粘合劑NJlOl (由江山市宏鑫印花材料有限公司提供)。將發熱纖維(此處選用銅氨纖維或者交聯丙烯酸鹽酯纖維)二浸二軋，然后80°C 下烘干。即可得到本發明所述的一種具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。實施例2將200g相變微膠囊材料分散體(制備方法參照文章Journal of Applied Polymer Science, 2005,97 390 ；Colloidal and Polymer Science, 280 :290),與 800g 蒸懼水，I. 5g 聚丙烯鈉和2g琥珀酸二烷基酯磺酸鹽混合均勻，直到無明顯固體物質。用商業可得的泵式噴涂瓶，以噴霧方式，將上述所得的分散體系均勻噴涂到發熱纖維材料上，本例中可選用銅氨纖維或者交聯丙烯酸鹽酯纖維，噴涂量為纖維材料質量的20%，然后對噴涂處理的絮片進行100°C烘干，即可得到本發明所述的一種具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。實施例3將相變儲能纖維，此處選用PVA/石蠟相變儲能纖維(制備方法參照復合材料學報，2008，25，17-22)，與交聯丙烯酸鹽酯纖維以及腈綸纖維(三者比例為相變儲能纖維/發熱纖維/腈綸纖維，80 4 16)，進行混紡。再經織造，即可得到本發明所述的一種具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。實施例4I)將發熱纖維(此處選用銅氨纖維或者交聯丙烯酸鹽酯纖維)與腈綸纖維(比例發熱纖維/腈綸纖維，30 70)混紡，織造可得發熱纖維材料A。2)將相變儲能纖維(此處選用PVA/石蠟相變儲能纖維(制備方法參照復合材料學報，2008，25，17-22))與腈綸纖維混紡(PVA/石蠟相變儲能纖維/腈綸纖維，80 20)混紡，織造可得具有調溫功能的材料B。 3)將上述材料A，B，進行加工縫合，得到雙層材料，一層為發熱纖維材料A，另一層為調溫纖維材料B，即可得到本發明所述的一種具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。實施例5I)將發熱纖維(此處選用銅氨纖維或者交聯丙烯酸鹽酯纖維)與腈綸纖維(比例發熱纖維/腈綸纖維，30 70)混紡，織造可得發熱纖維材料A。
2)將市售滌綸，經過如下配方浸軋二浸二軋處理浸軋液配方相變微膠囊 2-30%粘合劑2-30%水40-96 %其中，相變微膠囊同上述實施例,制備方法參照文章Journal of Applied Polymer Science，2005，97 :390 ；粘合劑為常溫粘合劑NJlOl。然后80°C下烘干。可得具有調溫功能的材料B。3)將上述材料A和B進行加工縫合，得到復合包裹材料，內層為發熱纖維材料A， 外層為調溫纖維材料B，即可得到本發明所述的一種具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。與現有技術相比，上述實施例獲得的本發明的發熱纖維材料具有如下優點I、本發明的調節溫度原理與傳統保暖材料有著本質的區別，較好地解決了衣物輕薄化與溫度調節的問題；2、通過本發明方案得到的纖維材料具有智能雙向調溫功能，既有效利用了發熱纖維產生的過多的熱量，又彌補了發熱纖維在某些情況下產熱不足的缺憾。可隨環境變化而進行吸熱或放熱，從而實現微環境溫度的雙向調節，實現對能源的高效管理，解決能源利用在時間和空間上的不匹配問題；3、利用本發明，可以制作出更薄的衣物，這意味著原材料的節省。因此本發明更加經濟，更加具有實用價值；4、本發明這種纖維材料，可進一步加工成面料，可廣泛用于針織內衣、運動服、風衣、夾克、防寒服、大衣、防寒鞋靴、被褥等。本發明可制成樣式美觀、輕暖舒適的服裝。用于制成各類紡織品，進而實現人們服飾的智能化調節溫度，使其更加輕薄，穿著更加舒適。雖然上面針對具有雙向調溫功能的發熱纖維材料及其制備方法描述了本發明的原理以及具體實施方式
，但是，在本發明的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形落在本發明的保護范圍內。本領域技術人員應該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發明的目的，并非用于限制本發明。本發明的保護范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種具有雙向調溫功能的發熱纖維材料，其包含相變材料和發熱纖維。
2.根據權利要求I所述的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料，其中所述相變材料選自相變溫度為5-85°C的相變材料中的任意一種或它們的任意組合。
3.根據權利要求2所述的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料，其中所述相變材料選自相變微膠囊的粉劑、相變乳液、其它形式相變材料的固液混合分散體系以及相變儲能纖維中的任意一種或它們的任意組合。
4.根據權利要求I所述的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料，其中所述發熱纖維選自吸濕發熱纖維、電能發熱纖維、光能發熱纖維、化學發熱纖維、其它發熱纖維以及以上發熱纖維與其它纖維以任意比例混紡得到的纖維材料中的任意一種或它們的任意組合。
5.根據權利要求I所述的具有雙向調溫功能的發熱纖維材料，其還包含添加劑，所述添加劑選自粘合劑、陰離子型潤濕劑、粘度調節劑以及纖維加工或織物整理中常用的其它添加劑。
6.一種具有雙向調溫功能的發熱纖維材料的制備方法，其通過各種物理和化學方法將相變材料與發熱纖維結合起來形成所述具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。
7.根據權利要求6所述的制備方法，所述制備方法為在所述發熱纖維的加工或生產過程中，采用整理方法將所述相變材料填加在纖維材料表面，或纖維與纖維之間，所述整理方法選自上漿、浸軋、噴霧、涂敷以及其它常規整理方法中的任意一種或它們的任意組合。
8.根據權利要求6所述的制備方法，所述制備方法為將所述相變儲能纖維與所述發熱纖維材料以任意比例進行混紡得到所述具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。
9.根據權利要求6所述的制備方法，所述制備方法為通過多層結構將發熱纖維與相變材料加工組合起來形成多層的所述具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。
10.根據權利要求6所述的制備方法，所述制備方法為將所述相變材料與所述發熱纖維復合得到一種復合的包裹結構，所述包裹結構選自以下結構a)外層為相變材料，內層為發熱纖維；b)外層為發熱纖維，內層為相變材料；c)內層為發熱纖維和相變材料，外層為其他纖維。
全文摘要
本發明的目的是提供一種具有雙向調溫功能的發熱纖維材料及其制備方法，所述纖維材料包含相變材料和發熱纖維。所述制備方法是通過各種物理和化學方法將相變材料與發熱纖維結合起來形成所述具有雙向調溫功能的發熱纖維材料。這種纖維材料將相變儲能技術和發熱纖維技術有機地結合起來，同時實現主動產熱和雙向調溫。
文檔編號D06M101/32GK102605614SQ20121005995
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者劉玉軍, 李運青, 沈軻, 王智, 贠浩然, 陶镕 申請人:宏大研究院有限公司