可溶性高透明聚酰亚胺、聚酰亚胺涂层织物及制备方法

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺涂层制备技术领域，尤其涉及一种可溶性高透明聚酰亚胺、聚酰亚胺涂层织物及制备方法。

背景技术

随着人们生活品质的提高，对于防寒保暖纺织品的需求日益增加。目前实际使用中主要依靠增加织物的厚度和密度来提高保暖性能，这种被动的保暖方式会使服装穿着显得笨重、臃肿，影响服装的整体美感。此外，在马拉松、登山等运动中，对于轻量化防寒织物的需求更为迫切。

聚酰亚胺纤维相较于其他纤维而言，具有更高的热阻值和原生的远红外功能，其热阻值接近空气，是一种理想的防寒纤维材料。利用聚酰亚胺制作的高端防寒服饰已于市场中开始推广，例如国内长春高琦公司已推出的轶纶95系列保暖内衣等。但是由于聚酰亚胺纤维价格高昂，且本征性带有深黄色，这严重限制了其在服用纺织品领域的应用。

聚酰亚胺的保暖性质主要来源于其高热阻和优异的远红外性质，若能将聚酰亚胺通过涂层法复合到常规纤维的表面，将会在赋予常规纤维高热阻的同时，极大地降低聚酰亚胺的使用成本。

然而，由于常规聚酰亚胺的难溶难融性，在实际应用中多是使用溶解性较好的前驱体聚酰胺酸(PAA)，再经高温环化脱水的方式生成聚酰亚胺，这种高温过程会对织物本身造成强烈损坏。例如Hicyilmaz等人曾将聚酰胺酸(PAA)涂覆在棉织物上，再经200度高温环化生成聚酰亚胺(PI)的方法制备了聚酰亚胺涂层棉织物(PI-c-C)。然而由于工艺过程中高温的影响，所得聚酰亚胺涂层棉织物的力学性能破坏性地下降到只有原始棉织物的1％，并且织物呈现出较深的棕色(J.Appl.Polym.Sci.；2019,5,47616)，难以在实际应用中推广应用。另外，一般来说，经涂层工艺后，往往会较大地降低织物本身的透气性能，由此严重制约了聚酰亚胺涂层工业在服用织物领域的应用。

CN112695537的发明专利报道了一种利用聚酰亚胺粉体制作浆料增强面料保暖性能的方法，但是利用粉体制作的浆料往往存在分散性不佳、穿着舒适度不足的缺陷。

有鉴于此，有必要设计一种改进的可溶性高透明聚酰亚胺、聚酰亚胺涂层织物及制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可溶性高透明聚酰亚胺、聚酰亚胺涂层织物及制备方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种可溶性高透明聚酰亚胺，其分子结构式为：

作为本发明的进一步改进，所述可溶性高透明聚酰亚胺可溶于常规有机溶剂，如乙酸乙酯、醋酸正丁酯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮等；

所制得溶剂无色透明，在>400nm可见光区无明显吸收且透光率>80％。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种聚酰亚胺涂层织物，包括织物基体和通过浸渍或涂覆的方式负载于所述织物基体上的可溶性高透明聚酰亚胺涂层；所述织物基体和所述可溶性高透明聚酰亚胺涂层的质量比为100：(1～15)；所述可溶性高透明聚酰亚胺涂层的厚度为0.004～0.010mm；

相比于织物基体自身性能，所述聚酰亚胺涂层织物保温效果增量达到100～400％，透气率增量达到15～70％；力学强度基本不受影响；水接触角达到145°及以上。

作为本发明的进一步改进，所述可溶性高透明聚酰亚胺涂层只在所述织物基体的纤维表面形成，并没有堵塞织物基体纤维和纤维之间形成的孔道；同时，所述可溶性高透明聚酰亚胺涂层还显著减少了纤维表面毛羽数量。

作为本发明的进一步改进，所述织物为棉织物、动物毛类织物、麻类织物、再生纤维织物、化纤织物中的一种或多种组合。

作为本发明的进一步改进，所述可溶性高透明聚酰亚胺涂层的化合物结构式为：

作为本发明的进一步改进，所述可溶性高透明聚酰亚胺涂层的化合物结构式包括但不限于为：

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种上述聚酰亚胺涂层织物的制备方法，包括如下步骤：

S1，将可溶性高透明聚酰亚胺溶解于有机溶剂中，配制固含量为1～10％的聚酰亚胺溶液；

S2，通过浸渍或涂覆的方式，将所述聚酰亚胺溶液负载于织物基体上，再于40～60℃下干燥6～8h，使得可溶性高透明聚酰亚胺涂层的负载量达到织物基体质量的1～15％，得到聚酰亚胺涂层织物。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述有机溶剂包括但不限于为乙酸乙酯、醋酸正丁酯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种组合。

作为本发明的进一步改进，所述聚酰亚胺涂层织物为单面涂层织物或者双面涂层织物。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的聚酰亚胺涂层织物，针对现有技术中聚酰亚胺织物涂层技术存在力学性能下降、透气性能下降和色泽改变的技术问题，将常规聚酰亚胺替换为可溶性高透明聚酰亚胺，解决了常规聚酰亚胺涂层需要的高温环化步骤，极大地降低了这一过程中对基底织物的性能破坏。此外，由于本发明所使用的聚酰亚胺具有高度的透明性，可以维持原有织物本身的颜色，更满足时尚领域的需求。

2、本发明提供的聚酰亚胺涂层织物，利用聚酰亚胺固有的高热阻性质，聚酰亚胺涂层改性极大地增强了织物基体的保暖性能，同时赋予了织物优异的拒水防污性能。

3、本发明提供的聚酰亚胺涂层织物，仅需使用织物质量1～15％的聚酰亚胺涂层，便可将织物的保暖性能提高2～4倍，同时对织物的透气性能有一定程度的改善，突破了“以厚制暖”的传统手段，实现了一种轻量化的高保暖织物的制备，有望用于各类轻量化高端防寒衣物中。

4、本发明提供的聚酰亚胺涂层织物，该可溶性高透明聚酰亚胺涂层并没有堵塞织物之间的孔道，反而只在纤维表面形成。同时，该可溶性高透明聚酰亚胺涂层还显著减少了纤维表面毛羽数量。纤维表面毛羽得到了减少，从而增加了织物的透气性能，同时也表明了保温性的增加并不是减少了空气交换所致。该可溶性高透明聚酰亚胺涂层能够增加织物透气性能，克服了现有技术中经涂层工艺后往往会较大地降低透气性能的技术偏见。

5、本发明提供的聚酰亚胺涂层织物的制备方法，采用简单的浸渍或涂覆方式，利用可溶性高透明聚酰亚胺对织物基体进行涂层改性处理，制备得到保暖性能、拒水性能和透气性能均优异的聚酰亚胺涂层织物。该制备方法简单可控、成本低廉，适用范围广泛，具备巨大的应用前景和工业推广价值。

附图说明

图1为本发明实施例1和对比例1提供聚酰亚胺涂层改性前后织物的颜色指标对比图。

图2为本发明实施例1和对比例1提供聚酰亚胺涂层改性前后织物的断裂强力对比图。

图3为本发明实施例1-6提供的不同固含量聚酰亚胺涂层改性前后织物的质量增加曲线。

图4为本发明实施例1-6及对比例1提供的不同固含量聚酰亚胺涂层改性前后织物的对流换热系数对比图。

图5为本发明实施例1-6及对比例1提供的不同固含量聚酰亚胺涂层改性前后织物的保温率对比图。

图6为本发明实施例1-6及对比例1提供的不同固含量聚酰亚胺涂层改性前后织物的热红外成像保温效果对比图.

图7为本发明实施例1-6及对比例1提供的不同固含量聚酰亚胺涂层改性前后织物的透气率对比图。

图8为本发明实施例1及对比例1提供的聚酰亚胺涂层改性前后织物的3D显微镜对比图(左图右图的标尺均为50μm)。

图9为本发明实施例1及对比例1提供的聚酰亚胺涂层改性前后织物的接触角测试仪所拍图片对比图。

图10为本发明实施例1及对比例1提供的聚酰亚胺涂层改性前后织物的拒水抗污效果对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，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、物品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、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1所示，本发明提供了一种聚酰亚胺涂层织物的制备方法，包括如下步骤：

S1，将可溶性高透明聚酰亚胺溶解于有机溶剂中，配制固含量为1～10％的聚酰亚胺溶液；

S2，通过浸渍或涂覆的方式，将所述聚酰亚胺溶液负载于织物基体上，再于40～60℃下干燥6～8h，使得可溶性高透明聚酰亚胺涂层的负载量达到织物基体质量的1～15％，得到聚酰亚胺涂层织物。

优选的，步骤S1中，所述有机溶剂包括但不限于为乙酸乙酯、醋酸正丁酯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种组合。

优选的，所述聚酰亚胺涂层织物为单面涂层织物或者双面涂层织物。

优选的，所述可溶性高透明聚酰亚胺涂层的化合物结构式为：

作为本发明的进一步改进，所述可溶性高透明聚酰亚胺涂层的化合物结构式包括但不限于为：

实施例1

本发明实施例1提供了一种聚酰亚胺涂层织物的制备方法，包括如下步骤：

S1，将可溶性透明聚酰亚胺溶解于有机溶剂乙酸乙酯中，配制固含量3％的聚酰亚胺溶液，所述可溶性高透明聚酰亚胺涂层的结构式为：

S2，将原棉织物加入到聚酰亚胺溶液中，浸涂8min，将浸渍处理后的棉织物，于50℃下干燥7h，制备得到聚酰亚胺涂层改性后的织物，即为聚酰亚胺涂层织物。

在利用本发明提供的涂层工艺对原棉织物进行聚酰亚胺涂层改性后，棉织物的厚度从0.184mm增加到0.192mm，并未出现明显变化。

请参阅图1所示，在利用本发明提供的涂层工艺对原棉织物进行聚酰亚胺涂层改性后，织物的颜色并未有明显变化，不影响织物在时尚领域的应用。

请参阅图2所示，在利用本发明提供的涂层工艺对原棉织物进行聚酰亚胺涂层改性后，棉织物的力学强度并未发生现有工艺的大幅下降现象，反而略有提高，表明该可溶性高透明聚酰亚胺涂层负载与织物基体后，能够一定程度上提高织物的力学性能。

实施例1制备的聚酰亚胺涂层织物较对比例1的原棉织物增重4％，对流换热系数由原棉的47％大幅下降至13％，保温率由原棉的13.2％提升至37.1％，透气性由原棉的228mm/s提高至307mm/s，同时，棉织物由亲水变为疏水，具备了优异的拒水防污性能。

实施例2-6

与实施例1的不同之处在于：聚酰亚胺溶液的固含量不同，其他均与实施例1相同，在此不再赘述。

表1为实施例1-6的参数设置

对比例1

采用原棉织物为空白对比例。

进行性能测试。

(1)力学性能：

电子万能材料试验机(Instron)

(2)保温率、热阻率：

平板式织物保暖仪，型号：YG606F。测试标准：GB/T11048-2018

(3)热成像：

热成像仪(Mikron)

请参阅图3所示，利用本发明提供的涂层工艺，使用固含量1～8％的聚酰亚胺溶液对棉织物涂层改性后，织物的质量增加了1～11％，对织物的日常使用影响较小。结合使用成本和技术效果，本发明中，优选固含量为3～6％的聚酰亚胺溶液进行涂层改性。

请参阅图4所示，实施例1-6中使用固含量1～8％的聚酰亚胺溶液对棉织物涂层改性后，织物的对流换热系数由对比例1原棉的47％大幅下降至24～11％，降低了至原有的2～4倍，极大地提高了织物的隔热保温性能。

请参阅图5所示，实施例1-6中使用固含量1～8％的聚酰亚胺溶液对棉织物涂层改性后，织物的导热系数由对比例1原棉的13％大幅提高至26～43％，提高至原棉织物保温性能的2～3.5倍。

请参阅图6所示，实施例1-6中使用固含量1～8％的聚酰亚胺溶液对棉织物涂层改性后，从热成像图可以看出，以手掌为参照物，织物对温度的阻隔性能由对比例1原棉织物的5.1℃提高至6.1-8.9℃。

请参阅图7所示，实施例1-6中使用固含量1～8％的聚酰亚胺溶液对棉织物涂层改性后，织物的透气率由原棉的228mm/s提高至260～370mm/s。经涂层改性后，降低了原棉织物存在的毛羽，在保温性能大幅增强的同时，提高了织物的透气性能。实验结果表明，所用聚酰亚胺涂层溶液固含量越高，织物的透气性越好。

请参阅图8-9所示，使用显微镜与接触角图像对其进行表征，发现实施例1在负载聚酰亚胺涂层之后，该可溶性高透明聚酰亚胺涂层并没有堵塞织物之间的孔道，反而只在纤维表面形成。同时，该可溶性高透明聚酰亚胺涂层还显著减少了纤维表面毛羽数量。纤维表面毛羽得到了减少，从而增加了织物的透气性能，同时也表明了保温性的增加并不是减少了空气交换所致。该可溶性高透明聚酰亚胺涂层能够增加织物透气性能，克服了现有技术中经涂层工艺后往往会较大地降低透气性能的技术偏见。

请参阅图10所示，实施例1利用本发明聚酰亚胺涂层工艺对棉织物进行涂层改性后，对比例1的原棉织物由亲水变为疏水，水接触角达到146.5°，具备了优异的拒水防污性能。

整体而言，经聚酰亚胺涂层改性之后，织物的力学强度、厚度、颜色均为发生较大改变。在质量仅增加1～11％的情况下，织物的保温性能得到了有2～4倍的提高。并且与常规涂层不同的是，所得的织物由于纤维毛羽的减少，透气性也有一定程度的改善，可以充分保证穿着的舒适性。并且，该改性后织物的表面性质从棉的亲水性转化为了聚酰亚胺的疏水性，获得了优异的拒水防污效果，可进一步扩展其在服装、医疗、电子、航空、消防、高温过滤等多种领域的应用。

实施例7-10

与实施例1的不同之处在于：织物基体种类不同，其他均与实施例1相同，在此不再赘述。

表2为实施例7-10的参数设置

实施例7-10中，采用本发明提供的制备方法，对不同的织物基体进行聚酰亚胺溶液的负载、干燥处理，制备得到的聚酰亚胺涂层织物均具有良好的保暖性能、力学性能、拒水防污性能和透气性能。

相比于织物基体自身性能，实施例7-10中聚酰亚胺涂层织物的保温率增量达到50～200％，透气率增量达到10～50％；力学强度不受明显影响；水接触角达到145°及以上。

同时，本领域技术人员也可以根据实际应用需求，利用本发明的制备方法通过喷涂或者其他涂覆的方式，制备出单面涂层织物，其负载有可溶性高透明聚酰亚胺涂层的一面也具备优异的保暖性能、拒水性能和透气性能。

实施例11

与实施例1的不同之处在于：可溶性高透明聚酰亚胺的结构式不同，其他均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例11的可溶性高透明聚酰亚胺的结构式为：

综上所述本发明提供了一种可溶性高透明聚酰亚胺、聚酰亚胺涂层织物及制备方法。所述聚酰亚胺涂层织物包括织物基体和通过简单浸渍或涂覆的方式负载于所述织物基体上的可溶性高透明聚酰亚胺涂层。经可溶性高透明聚酰亚胺涂层改性之后，织物基体的厚度和颜色没有明显变化，在质量仅增加1～15％的情况下，其保温性能得到了2～4倍的提高。并且与常规涂层不同的是，所得的改性织物在力学性能基本不受影响的同时，其透气性也有一定程度的改善，并且，改性织物的表面性质从亲水性转化为了疏水性，由此获得了优异的拒水防污效果，可进一步扩展其在多种领域的应用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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精神和范围。