一种发热复合面料及其制备方法

技术领域

本发明涉及面料领域，具体为一种发热复合面料及其制备方法。

背景技术

随着时代的不断发展，人们对生活质量的要求越来越高。在寒冷的冬季，人们追求的不再是简单的防寒保暖，而且更加注重的是对健康和美的追求。通过增加衣服厚度的被动保暖方式尤其不能满足患有风湿、关节炎的老年人对美观、舒适和保暖的需求。因此，研究和开发可实现主动保暖的发热面料显得尤为重要。

在室外温度较低时，往往伴随着寒风，当空气中湿度又较大时，在这种恶劣的环境下，如果可以研究主动发热的复合面料，是非常有发展前景的。因此，制备一种发热复合面料是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发热复合面料，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，本发明第一方面提供如下技术方案：一种发热复合面料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

50～100份粘胶纤维、50～100份改性粘胶纤维、5～10份石墨烯、5～10份角蛋白、5～10份改性三聚氰胺甲醛树脂、5～10份有机硅、50～100份NMMO溶液。

优选的，所述改性粘胶纤维是先将粘胶纤维经石墨烯内部改性，再将角蛋白接枝在纤维表面制得。

优选的，所述改性三聚氰胺甲醛树脂是由有机硅将的三聚氰胺甲醛树脂改性制得。

本发明第二方面提供：一种发热复合面料的制备方法，其特征在于：

工艺流程为：

粘胶纤维纺丝原液制备，石墨烯改性纺丝原液制备，改性纺丝原液制备，湿法纺丝，改性三聚氰胺甲醛树脂制备成膜，面料贴合。

优选的，所述湿法纺丝时，将纺丝原液从喷丝孔压出形成细流后到进入凝固浴前，进行加压。

优选的，包括以下具体步骤：

(1)将粘胶纤维溶于NMMO溶液中，搅拌均匀，制得纺丝原液；

(2)将石墨放入反应容器中，缓慢加入发烟硝酸，随后缓慢加入氟酸钠反应24h，反应完成后用5％的盐酸洗涤5次，然后用蒸馏水洗涤至溶液为中性，将氧化石墨烯分散液由超声设备剥离1h，再加入氢氧化钠作还原剂，聚乙烯吡咯烷酮为分散剂，再95℃下水浴加热条件下反应12h，制得石墨烯分散液；

(3)将石墨烯分散液加入到步骤(1)得到的纺丝原液中，在加压的条件下，进行充分的研磨和机械搅拌，制得石墨烯改性纺丝原液；

(4)将角蛋白溶液加入石墨烯改性纺丝原液中，加入硝酸铈铵盐，在室温下静止5h，得到改性纺丝原液；

(5)使用改性纺丝原液进行湿法纺丝，得到初生粘胶纤维，将初生粘胶纤维编织成面料；

(6)将三聚氰胺、多聚甲醛和有机硅加入装有搅拌器、温度计和冷凝器的三口烧瓶中，加入氢氧化钠水溶液作为催化剂，将体系pH调节至8.5，在搅拌下水浴加热反应1.5h，温度为90℃，加入溶解好的聚乙烯醇水溶液，继续反应1～2h，用盐酸固化，得到改性三聚氰胺甲醛树脂；

(7)用玻璃做成模板，调节水平仪至水平，将改性三聚氰胺甲醛树脂反应液注入事先喷有脱模剂的玻璃板上，用光滑金属棒进行刮膜，然后放入烘箱，130℃下烘烤5min，取出用刀片沿四周划缝、脱模，形成薄膜；

(8)将薄膜剪裁成与面料大小一致的形状进行贴合，制得成品。

优选的，上述步骤(2)中：石墨烯分散液与纺丝原液体积比为1：20。

优选的，上述步骤(3)中：角蛋白溶液与纺丝原液体积比为1：20。

优选的，上述步骤(4)中：湿法纺丝时，将纺丝原液从喷丝孔压出形成细流后到进入凝固浴前，进行加压加压151kPa，细液在凝固浴中进行凝固，得到初生粘胶纤维。

优选的，上述步骤(5)中：三聚氰胺、多聚甲醛和有机硅质量比为1：1：1。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

使用改性粘胶纤维进行面料的制备，粘胶纤维可以吸附动能较高的水分，将其动能转化为热能；先将粘胶纤维经石墨烯内部改性，使纤维微观结构发生变化，表面整体轮廓由光滑平顺变为凹凸不平，并附着少量石墨烯，再将角蛋白接枝在纤维表面，凹凸不平使得表面积增大，增加了角蛋白的含量，面料与皮肤接触时通过角蛋白接触，提升面料的接触感，还会使得面料与皮肤表面形成缝隙，在皮肤表面汗液蒸发时，面料可通过角蛋白吸收皮肤表面的汗液时，并将汗液于面料表面进行蒸发，减少汗液蒸发时皮肤表面的热散失，由于面料的温度升高，石墨烯会在发热的时候产生人体可以吸收的远红外线红外线，与角蛋白和树脂膜中的水分产生“共振”，加速水分在改性粘胶纤维内部的循环并且减少水分在树脂膜上的停留时间，加速水分循环和释放产生的热量。

面料制备完成后使改性的三聚氰胺甲醛树脂制备成膜进行贴合，使面料外侧形成一层保温吸水膜，在保温的同时捕捉更多空气中动能较高的水分，这些水分会从树脂吸附到纤维表面，防止了树脂从空气中吸收和解吸水造成体积变换，粘胶纤维会把吸收水分子的动能转变为更多的热能，从而起到主动发热的作用，吸收的水分经过升温蒸发遇到吸水膜再次被吸收进行转移，在面料内形成循环；面料通过角蛋白与膜接触形成的缝隙，形成保温层，加强了保温的作用；经过有机硅改性的三聚氰胺甲醛树脂，有机硅的羟基与三聚氰胺上的亚氨基进行反应生成嵌段结构，使有机硅进入大分子，增加三嗪环之间的距离，引入的硅氧键不仅非常柔软，使三聚氰胺甲醛树脂更加柔软，降低了脆性，使其可以与面料更好的贴合，还与三嗪环在树脂内形成网状结构，可以捕捉更多空气中的水分。

将粘胶原液与石墨烯分散液混合制备纺丝原液使进行一次加压，既使得纺丝原液中的石墨烯更加均匀，也使得制备纺丝原液过滤后省去脱泡和熟成，直接得到纺丝原液；将纺丝原液从喷丝孔压出形成细流后到进入凝固浴前，再次进行加压，使得进入凝固剂中的细流更快进行渗透，加快原液到达临界浓度进而析出成纤维的时间。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，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。

一种发热复合面料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：

50～100份粘胶纤维、50～100份改性粘胶纤维、5～10份石墨烯、5～10份角蛋白、5～10份改性三聚氰胺甲醛树脂、5～10份有机硅、50～100份NMMO溶液。

优选的，所述改性粘胶纤维是先将粘胶纤维经石墨烯内部改性，再将角蛋白接枝在纤维表面制得。

优选的，所述改性三聚氰胺甲醛树脂是由有机硅将的三聚氰胺甲醛树脂改性制得。

本发明第二方面提供：一种发热复合面料的制备方法，其特征在于：

工艺流程为：

粘胶纤维纺丝原液制备，石墨烯改性纺丝原液制备，改性纺丝原液制备，湿法纺丝，改性三聚氰胺甲醛树脂制备成膜，面料贴合。

优选的，所述湿法纺丝时，将纺丝原液从喷丝孔压出形成细流后到进入凝固浴前，进行加压。

优选的，包括以下具体步骤：

(1)将粘胶纤维溶于NMMO溶液中，搅拌均匀，制得纺丝原液；

(2)将石墨放入反应容器中，缓慢加入发烟硝酸，随后缓慢加入氟酸钠反应24h，反应完成后用5％的盐酸洗涤5次，然后用蒸馏水洗涤至溶液为中性，将氧化石墨烯分散液由超声设备剥离1h，再加入氢氧化钠作还原剂，聚乙烯吡咯烷酮为分散剂，再95℃下水浴加热条件下反应12h，制得石墨烯分散液；

(3)将石墨烯分散液加入到步骤(1)得到的纺丝原液中，在加压的条件下，进行充分的研磨和机械搅拌，制得石墨烯改性纺丝原液；

(4)将角蛋白溶液加入石墨烯改性纺丝原液中，加入硝酸铈铵盐，在室温下静止5h，得到改性纺丝原液；

(5)使用改性纺丝原液进行湿法纺丝，得到初生粘胶纤维，将初生粘胶纤维编织成面料；

(6)将三聚氰胺、多聚甲醛和有机硅加入装有搅拌器、温度计和冷凝器的三口烧瓶中，加入氢氧化钠水溶液作为催化剂，将体系pH调节至8.5，在搅拌下水浴加热反应1.5h，温度为90℃，加入溶解好的聚乙烯醇水溶液，继续反应1～2h，用盐酸固化，得到改性三聚氰胺甲醛树脂；

(7)用玻璃做成模板，调节水平仪至水平，将改性三聚氰胺甲醛树脂反应液注入事先喷有脱模剂的玻璃板上，用光滑金属棒进行刮膜，然后放入烘箱，130℃下烘烤5min，取出用刀片沿四周划缝、脱模，形成薄膜；

(8)将薄膜剪裁成与面料大小一致的形状进行贴合，制得成品。

优选的，上述步骤(2)中：石墨烯分散液与纺丝原液体积比为1：20。

优选的，上述步骤(3)中：角蛋白溶液与纺丝原液体积比为1：20。

优选的，上述步骤(4)中：湿法纺丝时，将纺丝原液从喷丝孔压出形成细流后到进入凝固浴前，进行加压加压151kPa，细液在凝固浴中进行凝固，得到初生粘胶纤维。

优选的，上述步骤(5)中：三聚氰胺、多聚甲醛和有机硅质量比为1：1：1。

实施例1：发热复合面料一：

一种发热复合面料，该面料组分以重量份计：

粘胶纤维重量分数为50份、改性粘胶纤维重量分数为50份、石墨烯重量分数为5份、角蛋白重量分数为5份、改性三聚氰胺甲醛树脂重量分数为5份、有机硅重量分数为5份、NMMO溶液重量分数为50份。

该面料的制备方法如下：

(1)将粘胶纤维溶于NMMO溶液中，搅拌均匀，制得纺丝原液；

(2)将石墨放入反应容器中，缓慢加入发烟硝酸，随后缓慢加入氟酸钠反应24h，反应完成后用5％的盐酸洗涤5次，然后用蒸馏水洗涤至溶液为中性，将氧化石墨烯分散液由超声设备剥离1h，再加入氢氧化钠作还原剂，聚乙烯吡咯烷酮为分散剂，再95℃下水浴加热条件下反应12h，制得石墨烯分散液；

(3)将石墨烯分散液加入到步骤(1)得到的纺丝原液中，石墨烯分散液与纺丝原液体积比为1：20，在加压的条件下，进行充分的研磨和机械搅拌，制得石墨烯改性纺丝原液；

(4)将角蛋白溶液加入石墨烯改性纺丝原液中，角蛋白溶液与纺丝原液体积比为1：20，加入硝酸铈铵盐，在室温下静止5h，得到改性纺丝原液；

(5)使用改性纺丝原液进行湿法纺丝，将纺丝原液从喷丝孔压出形成细流后到进入凝固浴前，进行加压加压151kPa，细液在凝固浴中进行凝固，得到初生粘胶纤维，将初生粘胶纤维编织成面料；

(6)将三聚氰胺、多聚甲醛和有机硅加入装有搅拌器、温度计和冷凝器的三口烧瓶中，三聚氰胺、多聚甲醛和有机硅质量比为1：1：1，加入氢氧化钠水溶液作为催化剂，将体系pH调节至8.5，在搅拌下水浴加热反应1.5h，温度为90℃，加入溶解好的聚乙烯醇水溶液，继续反应1h，用盐酸固化，得到改性三聚氰胺甲醛树脂；

(7)用玻璃做成模板，调节水平仪至水平，将改性三聚氰胺甲醛树脂反应液注入事先喷有脱模剂的玻璃板上，用光滑金属棒进行刮膜，然后放入烘箱，130℃下烘烤5min，取出用刀片沿四周划缝、脱模，形成薄膜；

(8)将薄膜剪裁成与面料大小一致的形状进行贴合，制得成品。

实施例2：发热复合面料二：

一种发热复合面料，该面料组分以重量份计：

粘胶纤维重量分数为100份、改性粘胶纤维重量分数为100份、石墨烯重量分数为10份、角蛋白重量分数为10份、改性三聚氰胺甲醛树脂重量分数为10份、有机硅重量分数为10份、NMMO溶液重量分数为100份。

该面料的制备方法如下：

(1)将粘胶纤维溶于NMMO溶液中，搅拌均匀，制得纺丝原液；

(2)将石墨放入反应容器中，缓慢加入发烟硝酸，随后缓慢加入氟酸钠反应24h，反应完成后用5％的盐酸洗涤5次，然后用蒸馏水洗涤至溶液为中性，将氧化石墨烯分散液由超声设备剥离1h，再加入氢氧化钠作还原剂，聚乙烯吡咯烷酮为分散剂，再95℃下水浴加热条件下反应12h，制得石墨烯分散液；

(3)将分散液加入到步骤(1)得到的纺丝原液中，石墨烯分散液与纺丝原液体积比为1：20，在加压的条件下，进行充分的研磨和机械搅拌，制得石墨烯改性纺丝原液；

(4)将角蛋白溶液加入石墨烯改性纺丝原液中，角蛋白溶液与纺丝原液体积比为1：20，加入硝酸铈铵盐，在室温下静止5h，得到改性纺丝原液；

(5)使用改性纺丝原液进行湿法纺丝，将纺丝原液从喷丝孔压出形成细流后到进入凝固浴前，进行加压加压151kPa，细液在凝固浴中进行凝固，得到初生粘胶纤维，将初生粘胶纤维编织成面料；

(6)将三聚氰胺、多聚甲醛和有机硅加入装有搅拌器、温度计和冷凝器的三口烧瓶中，三聚氰胺、多聚甲醛和有机硅质量比为1：1：1，加入氢氧化钠水溶液作为催化剂，将体系pH调节至8.5，在搅拌下水浴加热反应1.5h，温度为90℃，加入溶解好的聚乙烯醇水溶液，继续反应2h，用盐酸固化，得到改性三聚氰胺甲醛树脂；

(7)用玻璃做成模板，调节水平仪至水平，将改性三聚氰胺甲醛树脂反应液注入事先喷有脱模剂的玻璃板上，用光滑金属棒进行刮膜，然后放入烘箱，130℃下烘烤5min，取出用刀片沿四周划缝、脱模，形成薄膜；

(8)将薄膜剪裁成与面料大小一致的形状进行贴合，制得成品。

对比例1

对比例1的处方组成同实施例1。该抑菌面料的制备方法与实施例1的区别仅在不进行步骤(4)的制备，步骤(5)直接使用石墨烯改性纺丝原液进行湿法纺丝，其余制备步骤同实施例1。

对比例2

对比例2的处方组成同实施例1。该抑菌面料的制备方法与实施例1的区别仅在于步骤(6)，将步骤(6)替换为将三聚氰胺和多聚甲醛加入装有搅拌器、温度计和冷凝器的三口烧瓶中，三聚氰胺和多聚甲醛质量比为1：1，加入氢氧化钠水溶液作为催化剂，将体系pH调节至8.5，在搅拌下水浴加热反应1.5h，温度为90℃，加入溶解好的聚乙烯醇水溶液，继续反应2h，用盐酸固化，得到三聚氰胺甲醛树脂，其余制备步骤同实施例1。

对比例3

对比例3的处方组成同实施例1。该抑菌面料的制备方法与实施例1的区别仅在不进行步骤(6)(7)(8)的制备，直接由湿法纺丝、编织制得面料。其余制备步骤同实施例1。

试验例1

1、试验方法

实施例1与对比例1、2、3为对照试验，将发热复合面料完全包覆小鼠，即将其置于同一寒冷环境下1h，记录前后小鼠皮肤表面温度变化。

2、试验结果

实施例1与对比例1、2、3前后温度变化对比。

表1温度(℃)

通过实施例1与对比例1、2、3在同一寒冷环境下的温度变化对比，可以明显发现实施例1制备的发热复合面料温度变化不大，说明本发明使用的角蛋白、保温吸水膜都能不同程度上进行保温，预示着本发明制备发热复合面料，具备优异的发热、保温性能。

试验例2

1、试验方法

实施例1与对比例3为对照试验，将实施例1与对比例3置于同一环境下3h，测量面料周围环境湿度进行对比。

2、试验结果

实施例1与对比例3前后湿度变化对比。

表2湿度(％)

通过实施例1与对比例3在同一环境下的环境湿度对比，可以明显发现实施例1周围的湿度变化较大，说明本发明制备的发热复合面料可以捕捉空气中更多的水分进行热能的转化，预示着本发明制备发热复合面料，具备优异的发热性能。

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。