一種智能調溫復合棉及其制備方法
【專利摘要】本發明智能調溫復合棉及其制備方法，特征是利用普通棉花與有機相變物質復合而成，首先按照一定比例分別稱取一定質量的棉花和有機相變物質（如石蠟、硬脂酸等），然后將相變物質分別溶于適當量的溶劑中，置于一定溫度的水浴中持續攪拌一段時間，使得相變材料充分分散溶解，再將事先稱取的棉花分別加入到有機相變物質的溶夜中，浸泡一段時間使棉花充分吸附相變物質，然后在一定溫度下蒸干溶劑，得到有機相變物質/棉花復合材料，即智能調溫復合棉。本方法操作簡便、成本較低、環境友好，得到的復合棉能夠根據使用環境的溫度變化而智能調節自身溫度使之維持在相變溫度范圍內，該產品具有廣泛的實用價值。
【專利說明】一種智能調溫復合棉及其制備方法【技術領域】
[0001]本發明屬于相變儲熱復合材料領域，特別涉及一種具有智能調溫功能的復合棉的設計及制備。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的發展，人民對生活質量要求的不斷提高，研發一種具有優異的保溫防寒和降溫除熱功能的智能調溫棉成為目前迫切需要解決的一個技術難題。傳統紡織品只具有單向溫度調節功能，目前人們研發出一些保溫纖維或者舒適導濕纖維和涼爽纖維，但這些材料對過冷和過熱環境則無能為力，無法實現保溫-降溫雙重調節功能。
[0003]相變潛熱儲熱是利用相變材料在相變時吸熱或放熱來儲存或釋放能量。有機相變材料具有種類多樣、儲熱密度高、溫度變化范圍窄、性質穩定等諸多優點，在太陽能利用、工業余熱廢熱的回收、節能建筑、紡織服裝等領域具有廣泛的應用。近年來，相變材料在調溫紡織品的應用引起人們極大的關注，利用相變材料發生固-液相變或固-固相變來實現熱量的吸收或釋放，在紡織品周圍形成基本恒定的微氣候，從而實現溫度調節功能。但是，目前相變材料在紡織品上的應用通常是將相變材料包封在微膠囊中對織物進行涂層，或將微膠囊混入紡絲液中進行紡絲，這些方法要預先制備出直徑在1.0-10.0 μ m的相變材料微膠囊，然后進行涂層或紡絲，技術路線復雜，不易控制，成本較高；并且相變材料在織物中的負載量少、易于脫落，導致調溫性能不明顯。
【發明內容】
[0004]本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種智能調溫復合棉的設計及制備方法，該智能調溫復合棉具有保溫防寒和降溫除熱雙重功能，可用于襪子、手套、內衣褲、被子、防寒服、窗簾等系列紡織品中；制備方法簡單便捷、成本較低，獲得的復合棉中相變物質含量可調且 穩定性好。
[0005]本發明為解決技術問題采用如下技術方案:
[0006]本發明一種智能調溫復合棉及其制備方法，其特征是按照如下步驟進行:
[0007]a、按照一定比例分別稱取一定質量的棉花和有機相變物質(如石蠟、硬脂酸等)；
[0008]b、將相變物質分別溶于適當量的溶劑中，置于一定溫度的水浴中持續攪拌一段時間，使得相變材料充分分散溶解；
[0009]C、將稱取的棉花分別加入到有機相變物質的溶夜中，浸泡一段時間；
[0010]d、在一定溫度下靜置直到溶劑蒸干，得到有機相變物質/棉花復合材料，即智能調溫復合棉。
[0011]本發明一種智能調溫復合棉的制備方法，其特點也在于:
[0012]所述棉花可以從天然棉花、合成纖維棉、棉麻紡織物中選取。
[0013]所述的有機相變物質可以根據使用需要選擇具有相應相轉變溫度的有機物，如石蠟、硬脂酸、聚乙二醇等。[0014]所述的一定比例特征在于智能調溫復合棉中包含有機相變物質的質量分數在0-90%之間可調。
[0015]所述的溶劑可以根據有機相變物質的溶解特性從乙醇、環己烷等常用溶劑中選取。
[0016]米用掃描電子顯微鏡(SEM)和差不掃描量熱儀(DSC)對產品的微觀結構特征和相變過程的吸-放熱行為(包括相變溫度、吸放熱容量)進行了表征。對本發明制備的智能調溫復合棉在較高溫度環境下使用時的防液態相變物質的泄露情況進行了測試。
[0017]本發明智能調溫復合棉及其制備方法的機理:天然棉花或合成纖維棉在微觀上具有三維多孔網絡狀結構，內部存在大量的孔隙，可以作為基體材料來承載有機相變物質。我們利用相似相溶原理，把有機相變物質溶解在適當的溶劑中，通過浸潰吸附方法，使有機相變物質吸附填充在棉花纖維的多孔網絡結構中，然后蒸干溶劑，則獲得了定形相變復合棉。在使用過程中，當環境溫度或人體皮膚溫度達到復合棉內有機相變物質的熔點時，相變物質將吸熱從固態轉變為液態，產生致冷效果；如果復合棉在低于相變物質的凝固溫度的寒冷環境中使用，其中的有機相變物質由液態變成固態，釋放出熱量提供加熱效果；在使用過程中這種熱轉換起緩沖溫度變化的作用，能夠智能調節溫度，延長使用者的溫度舒適感。
[0018]與已有技術相比，本發明的有益效果體現在:
[0019]本發明智能調溫復合棉克服了傳統紡織品的單一調溫功能，具有保溫防寒和降溫儲熱雙重功能，可直接用于襪子、手套、被子、防寒服、窗簾等系列紡織品中。本發明提出的制備工藝簡便、原料便宜易得，環境友好，容易控制，適合大規模生產，克服了目前相變材料在紡織品上應用的復雜工藝。本發明制備的智能調溫復合棉，相變物質的負載量可調，相變材料被穩定的吸附在棉花纖維的網絡結構中，外觀上保持棉花的特征，具有很好的熱穩定性，能夠多次循環使用而不發生任何泄漏。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明制備的智能調溫復合棉的SEM照片:(a-c)含石蠟質量分數分別為50% (a)、75% (b)和90% (c)的石蠟復合棉，(d_f )含硬脂酸(SA)質量分數分別為50%⑷、75% (e)和90% Cf)的硬脂酸復合棉；
[0021]圖2為本發明制備的智能調溫復合棉的DSC圖:(a-c)含石蠟質量分數分別為50%(a)、75% (b)和90% (c)的石蠟復合棉，(d-f)含硬脂酸(SA)質量分數分別為50% (d)、75%(e)和90% Cf)的硬脂酸復合棉；
[0022]圖3為本發明制備的石蠟復合棉的泄漏測試:純石蠟、含石蠟質量分數分別為50%、75%和90%的石蠟復合棉在80°C加熱不同時間的照片。
[0023]圖4為本發明制備的硬脂酸復合棉的泄露測試:純硬脂酸(SA)、含硬脂酸質量分數分別為50%、75%和90%的硬脂酸復合棉在80°C加熱不同時間的照片。
【具體實施方式】:
[0024]實施例1:
[0025]稱取3份Ig棉花，然后按照1:1、1:3、1:9的比例分別稱取lg、3g、9g的石蠟，將稱取的石蠟分別溶解于50mL環己烷中，將溶液置于50°C水浴條件下攪拌30min，使石蠟充分溶解，再將事先稱取的三份棉花分別加入到石蠟的環己烷溶夜中，靜置浸泡2小時后，將混合物放在80°C烘箱中直至溶劑全部蒸干，得到石蠟復合棉。
[0026]實施例2:
[0027]將硬脂酸(SA)代替實施例1中的石蠟作為相變物質，乙醇代替實施例1中的環己烷作為溶劑，實驗操作步驟與實施例1相同，得到硬脂酸復合棉。
[0028]實施例3:
[0029]將聚乙二醇(PEG-1000)代替實施例1中的石蠟作為相變物質，乙醇代替實施例1中的環己烷作為溶劑，實驗操作步驟與實施例1相同，得到聚乙二醇復合棉。
[0030]實施例4:
[0031 ] 將合成滌綸棉(PP棉)代替實例I中的棉花作為基體材料，乙醇代替實施例1中的環己烷作為溶劑，實驗操作步驟與實施例1相同，得到石蠟滌綸復合棉。
[0032]以上所述的實施例是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域技術人員對本發明技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。
[0033]圖1給出了上述實例中所制備的石蠟復合棉和硬脂酸復合棉的SM圖，圖中a、b、c依次是含石蠟質量分數為50%、75%和90%的石蠟復合棉，d、e、f依次是含硬脂酸(SA)質量分數分別為50%、75%和90%的硬脂酸復合棉。SEM照片顯示，在所制備的智能調溫復合棉中，有機相變物質(石蠟或者硬脂酸)較均勻的分散于棉花纖維的多孔網絡結構中，隨著有機相變物質含量增加，棉花纖維的多孔網絡逐漸被填充滿；SEM表征結果說明了棉花可以作為有效的基體承載有機相變物質，從而形成穩定的復合材料。
[0034]圖2給出了上述實例中所制備的復合棉的DSC測試結果，圖中a、b、c依次是含石蠟質量分數為50%、75%和90%的石蠟復合棉，d、e、f依次是含硬脂酸(SA)質量分數分別為50%、75%和90%的硬脂酸復合棉；結果表明，所制備的復合棉的相變溫度基本保持有機相變物質原來的相變溫度，如石蠟復合棉的熔點、凝固點分別為56°C和47°C，硬脂酸復合棉的熔點、凝固點分別為70 V、63°C ;隨著有機相變物質的含量增加，其儲、放熱容量增大，石蠟復合棉和硬脂酸復合棉的儲熱容量分別可高達112.9J/g、172.7J/g ；DSC多次循環測試過程中產物的相變溫度和儲/放熱容量基本保持不變，表明產物具有很好的熱穩定性。
[0035]圖3和圖4分別給出了石蠟復合棉和硬脂酸復合棉在較高環境溫度下使用時的防液態泄漏情況，結果表明在高于其相變溫度下加熱30分鐘，并且反復加熱-冷卻循環多次，無任何液態物質滲漏，說明棉花作為基底材料能夠很好的防止有機相變物質的泄漏。本發明制備出了智能調溫的定形相變復合棉。
【權利要求】
1.一種智能調溫復合棉，其特征在于:利用普通棉花與有機相變物質通過浸潰吸附方法制備成的復合棉。
2.根據要求I所述的智能調溫復合棉，其制備方法特征是按如下步驟進行: a、分別稱取一定質量的棉花和有機相變物質(如石蠟、硬脂酸等)； b、將有機相變物質分別溶于適當量的溶劑中，置于一定溫度的水浴中持續攪拌一段時間，使得相變材料充分分散溶解； C、將稱取的棉花分別加入到有機相變物質的溶夜中，浸泡一段時間； d、在一定溫度下蒸干溶劑，得到有機相變物質/棉花復合材料，即智能調溫復合棉。
3.根據要求I和2所述的智能調溫復合棉及其制備方法，其特征在于:復合棉中包含有機相變物質的質量分數在0-90%之間可調。
4.根據要求I和2所述的智能調溫復合棉及其制備方法，其特征在于:所用的棉花也可用一些合成纖維棉或者棉麻纖維代替，無需特殊的預處理。
5.根據要求I和2所述的智能調溫復合棉及其制備方法，其特征在于:可根據需要選擇具有不同相變溫度的有機相變物質，如石蠟、硬脂酸、聚乙二醇等。
6.根據要求2所述的制備方法，其特征在于:將有機相變物質在加熱、攪拌的條件下分散溶解于相應的溶劑中。
7.根據要求2所述的制備方法，其特征在于:將一定量棉花浸泡入有機相變物質的溶液中，達到充分吸附，然后蒸干溶劑。
【文檔編號】D06M101/06GK103614905SQ201310577577
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】李本俠, 葛治微, 王艷芬, 劉同宣 申請人:安徽理工大學