一种降温织物及其制备方法和应用

1.本发明属于纺织布加工领域，具体涉及一种降温织物及其制备方法和应用。


背景技术：

2.常用的蓄冷介质主要有冰、干冰、相变材料、凝胶、相变材料大胶囊等。相变降温服是通过介质来达到热传递吸热的作用，其主要介质是固态的，携带方便，降温效果良好，但其持续时间短，不能调控温度，失效后需放到冷藏库中进行蓄冷从而再次利用，在井下需设置相变材料蓄冷中转站，从而方便利用。
3.吸水树脂作为一种新型的功能高分子吸水材料，具有很好的吸水、保水性能和凝胶强度，并且其吸完水后的凝胶态无毒无害，可以长期保存，在一定的条件下可以降解为二氧化碳、水等小分子物质。其吸水后的水凝胶无毒无害，对皮肤无伤害，并且可以重复利用。高分子吸水树脂凝胶应用于蓄冷领域，不但克服了冰易泄漏、不能多次重复使用的缺点，在相同的条件下也延长了保冷时间。但是常规高分子吸水树脂解冻后不能保持固定的形状，给使用带来了不便。
4.丙烯酸单体聚合时常常存在暴聚现象，就需要一定的中和度来避免这种现象，然而中和度升高会使得树脂的羧基含量下降，降低吸水树脂的吸水倍率。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种降温织物及其制备方法和应用，采用将高吸水树脂以片层均匀分布在织物上，可以在一定程度上固定高吸水树脂的性状，受热时，中层吸水织物蒸发速率加快，吸收热量，起到降低环境温度的作用。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种降温织物，包括丙纶织物层和吸水织物层，所述吸水织物层夹在两层丙纶织物层之间，所述吸水织物层是采用整理的方法将吸水树脂附着在丙纶织物上制成的，所述吸水树脂的结构式如式(ⅰ)所示：
[0008][0009]
式(ⅰ)中：n为≥1的自然数；
[0010]
所述吸水树脂由以下按重量份反应的原料制得：丙烯酸200份，氢氧化钠78份，引发剂1份，聚乙二醇20份，聚乙烯醇30份，n,n亚甲基双丙烯酰胺0.6份，渗透剂2.4份。
[0011]
优选地，所述丙纶织物为丙纶异形纤维织物。
[0012]
一种降温织物的制备方法，包括以下步骤：
[0013]
步骤1)预聚体的聚合：室温下用40ml氢氧化钠溶液中和20ml丙烯酸，将中和液升温至63℃，加入5ml过硫酸钾溶液和10ml聚乙二醇溶液，反应30min，加入0.06g n,n-亚甲基双丙烯酰胺和5ml过硫酸钾溶液，反应30min，即得预聚体；
[0014]
步骤2)配制整理液：向步骤1)制得的预聚体中加入30ml聚乙烯醇溶液和0.24g渗透剂，静置30min，得到高粘度吸水树脂整理液；
[0015]
步骤3)整理织物：采用步骤2)制得的整理液对丙纶织物进行二浸二轧，轧液率300％，将浸轧后的织物烘干，得到吸水织物；
[0016]
步骤4)将吸水织物和丙纶织物复合，每两层丙纶织物间夹入一层吸水织物，得到所述降温织物。
[0017]
优选地，步骤1)所述聚乙二醇溶液的浓度为0.3g/ml，所述聚乙烯醇溶液的浓度为0.1g/ml，所述过硫酸钾溶液的浓度为0.02g/ml。
[0018]
优选地，步骤3)所述烘干温度为120℃，烘干时间为0.5h。
[0019]
一种降温织物在蓄冷中的应用。
[0020]
一种降温织物在冷链运输中的应用。
[0021]
本发明的有益效果如下：
[0022]
(1)本发明的降温织物为被动降温织物。织物中层(吸水织物层)树脂材料吸水后具有高潜热，随着温度的增加树脂材料吸收的热量增大，降低环境的热量积蓄。蒸发降温是通过蒸发储存在树脂中的水分，在蒸发过程中带走周围环境的热量。上层和下层织物(丙纶织物层)为丙纶异性纤维织物，能够提高液体在纱线中的芯吸传输性能，同时提高织物的物
理性能。
[0023]
(2)本发明的吸水树脂是互穿网络结构的吸水树脂，具有较多孔隙，可以提高树脂吸水速率和释水速率。本发明采用整理的方法将该吸水树脂附着与织物上，树脂分布较常规颗粒树脂高温灼烧附着均匀。且制备简单，成本低，可量产。
[0024]
(3)本发明的吸水树脂除了分布均匀外，相较于颗粒状树脂撒粉或烧结，整理后的织物中的水分更容易挥发，不仅加工起来更为方便，而且释水性能更佳，从而提高吸水树脂作为相变材料的降温速率。用薄片高吸水性树脂吸水后作蓄冷介质，由于薄片树脂的比表面积大，有效地解决了传热面积小的问题，可以快速降温。除此之外由于织物是柔性材料，可以大面积、有适应性地对人体或仪器进行降温。
[0025]
(4)本发明采用水作为蓄冷介质。可采取冰冻态蒸发和自然蒸发两种形式，前者需要进行冰冻，但是散热效率更高，后者散热效率较低，但是散热时间更持久，并且续航方便。
[0026]
(5)本发明的降温织物，吸水饱和后的织物中的水分经过蒸发后，可通过短时重新吸水使得吸水织物中的吸水树脂中再次充满水分，水分蒸发，可再次产生降温效果。
[0027]
(6)采用氨水作为中和碱剂，可以维持聚合溶液的中和度不变，以降低聚合反应速率；在烘干时，氨水与羧基反应生成的羧酸铵发生分解生成氨气，氨气在高温下挥发，使得树脂中的亲水性强的羧基含量提高，可提高树脂的亲水性。在控制聚合反应速率的同时还可以提高树脂的亲水能力。
附图说明
[0028]
图1为降温织物的层结构示意图：1、丙纶织物层；2、吸水织物层；
[0029]
图2为测试例4中吸水树脂纯水介质释冷过程中的时间温度变化曲线图。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0031]
实施例1
[0032]
一种降温织物，如图1所示，包括丙纶织物层1和吸水织物层2，所述吸水织物层2夹在两层丙纶织物层1之间，所述吸水织物层2是采用整理的方法将吸水树脂附着在丙纶织物上制成的，所述吸水树脂的结构式如式(ⅰ)所示：
[0033][0034]
式(ⅰ)中：n为≥1的自然数；
[0035]
所述吸水树脂由以下按重量份反应的原料制得：丙烯酸200份，氢氧化钠78份，引发剂1份，聚乙二醇20份，聚乙烯醇30份，n,n亚甲基双丙烯酰胺0.6份，渗透剂jfc 2.4份。
[0036]
所述丙纶织物为丙纶异形纤维织物，其十字形截面纤维能增加纤维比表面积，提高液体在纱线中的芯吸传输性能，从而提升降温效率。
[0037]
一种降温织物的制备方法，工艺流程为：预聚体的聚合
→
制成整理液
→
整理到织物上
→
烘干成膜
→
喷水软化，具体步骤如下：
[0038]
(1)预聚体的聚合，反应式如下：
[0039][0040]
上式中：l、m、n均为≥1的自然数；
[0041]
室温下用40ml氢氧化钠溶液中和20ml丙烯酸，中和度70％，将中和液升温至63℃，加入5ml过硫酸钾溶液(0.02g/ml)和10ml聚乙二醇溶液(聚乙二醇8000，0.3g/ml)，反应30min，加入0.06g n,n-亚甲基双丙烯酰胺和5ml过硫酸钾溶液，反应30min，得到预聚体。
[0042]
(2)配制整理液(吸水树脂)，吸水树脂交联的反应式如下：
[0043][0044][0045]
上式中：n为≥1的自然数；
[0046]
向预聚体中加入30ml聚乙烯醇溶液(聚乙烯醇1755，0.1g/ml)和0.24g渗透剂，静置30min，得到高粘度吸水树脂。
[0047]
(3)整理织物：以吸水树脂作为整理液对丙纶织物进行二浸二轧，轧液率300％，将浸轧后的织物于定型机中烘干，车速为1m/min，超喂1％，烘干温度为120℃，烘干时间为0.5h，得到吸水织物。将吸水织物于雾状水下控制织物的含水量为21％～24％，便于打卷。
[0048]
(4)将吸水织物和丙纶织物复合，如图1所示，每两层丙纶织物间夹入一层吸水织物，得到所述降温织物。
[0049]
测试例1吸水织物可重复利用性研究
[0050]
将实施例1步骤(3)制得的吸水织物于蒸馏水中浸泡至吸水饱和，然后于50℃下的烘箱烘干至恒重，重复实验，织物在10次重复使用后，吸水效果仍保持为原来吸水效果的95％。
[0051]
测试例2吸水织物吸水速率研究
[0052]
将实施例1步骤(3)制得的吸水织物分别于蒸馏水和盐水中浸泡，10min即可达到吸蒸馏水25g/g，40min达到吸水饱和；吸盐水倍率10min达到16g/g，28min达到吸盐水饱和。
[0053]
测试例3吸水树脂蓄冷性能测试
[0054]
将实施例1步骤(3)制得的吸水织物吸水至饱和后，放入的冰箱中冷冻，放入保温容器中，放入温度计，测定水温平衡时候的温度。按以下方法计算吸水织物蓄冷剂潜热：
[0055]
仪器的热损失：仪器的热损失以冰为标准计算。
[0056]
(1)冰的溶融热：
[0057]
q1＝m1c
l
t1+m1r1+m1c2t2[0058]
(2)水吸收的热量：
[0059]
q2＝m2c2(t
3-t2)
[0060]
(3)仪器热损失：
[0061]
q3＝q
1-q2[0062]
(4)单位温差仪器的热损失：
[0063]
δq＝q3/(t
3-t2)
[0064]
q4＝m3c1t1+m3r2+m3c3t2[0065]
q4＝q2+q5[0066]
q5＝δq
×
(t
3-t2)
[0067]
式中：
[0068]
m1——冰的质量kg
[0069]
m2——保温容器中水的质量kg
[0070]
c1——冰的比热容kj/kg
·
℃
[0071]
c2——水的比热容kj/kg
·
℃
[0072]
r1——冰的熔融热kj/kg
[0073]
t1——冰的温度℃
[0074]
t2——平衡时水的温度℃
[0075]
t3——保温容器中水的初温℃
[0076]
m3——吸水树脂水结冻时的质量kg
[0077]
r2——吸水树脂冻结物的熔融热kj/kg
[0078]
蓄冷性能测试结果如下表1所示：
[0079]
表1蓄冷性能测试结果
[0080][0081][0082]
由表1可知，吸水树脂作为蓄冷剂的熔融热为386.47，明显大于纯水的熔融热335，即吸水树脂的蓄冷能力要高于冰，可以用来作为良好的蓄冷材料。
[0083]
测试例4吸水树脂冻融特性的测定
[0084]
将适量的实施例1步骤(3)制得的吸水织物吸水至饱和，称取饱和后的吸水织物和水，分别置于一次性纸杯中，将温度计固定在纸杯中央，放于-20℃冰箱中，每0.5h测量并记录吸水树脂中央的温度，记录时间为5.5h，得到冻融曲线。将冷冻后的吸水树脂置于室温下，测量并记录温度变化，得到融解曲线。
[0085]
如图2所示为吸水树脂纯水介质释冷过程中的时间温度变化曲线，由图2可知，在冷冻后吸水织物释冷的过程中，纯水的放冷较慢，绝对温度较高，而吸水树脂复合蓄冷剂的放冷较快，绝对温度较低，且利用这一特性，可以考虑将吸水织物应用于蓄冷和冷链运输过程中，可以降低和延缓环境中温度变化。
[0086]
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。