一种轻薄保暖针刺弹性复合材料及其制备方法与流程

本发明属于复合材料，具体涉及一种轻薄保暖针刺弹性复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、保暖服装作为生活必需品，对于调节人体体温，维持人体正常机能起到非常重要的作用，传统保暖服装多采用天然纤维，通过增加服装的厚度，或增加填充密度以提升保暖效果，但厚度过大，会造成服装体积臃肿，影响人体活动及服装美感；随着生活水平的不断提高，人们对保暖服装的性能提出了更多的要求，除了要求达到防寒保暖外，还更强调舒适美观，越来越多的保暖隔热材料也被应用于保暖服装领域；目前应用比较广泛的保暖隔热材料为多孔发泡材料和二氧化硅气凝胶，其中多孔发泡材料具有较低的导热系数和较高的孔隙率,能够有效地阻挡热量传递和吸收空气中的水分,从而具备良好的保温性能；二氧化硅气凝胶是具有三维骨架结构的开孔纳米材料，具有低密度、低热导率、高孔隙率、高比表面积等优异特性，其保温效果好，使用寿命长；以多孔发泡材料、二氧化硅气凝胶为基体的多功能性复合材料也成为近几年的研究热点。

2、申请号为202211527426.3的专利公开了一种抗菌疏水性二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，以正硅酸四乙酯作为硅源，加入去离子水和无水乙醇制备二氧化硅凝胶，在一定温度下再经二氧化硅骨架老化、溶剂交换、凝胶表面疏水改性、常压鼓风干燥和负载铜离子等五个后续处理后，获得抗菌疏水二氧化硅气凝胶复合材料，其中具有抗菌作用的铜离子通过配位键负载到气凝胶表面，所形成的配位键作用力不够强，容易造成铜离子的流失，导致复合材料的抗菌性能持久性差。申请号为202211569692.2的专利公开了一种改性聚合物气凝胶复合材料及其制备方法，将四乙氧基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷作为复合硅前驱体并利用癸酸进行改性得到改性二氧化硅气凝胶，并进一步的利用可发泡材料和改性二氧化硅气凝胶共混得到改性聚合物气凝胶复合材料，所制得的复合材料该复合材料密度小、隔热阻燃效果好、力学性能优异，舒适性高，但其综合性能仍存在改进空间，应用领域具有一定的局限性。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种轻薄保暖针刺弹性复合材料及其制备方法，利用弹性发泡材料及针刺棉纤维制备的轻薄保暖针刺弹性复合材料具有轻薄，良好的回弹性、隔热保温性能及力学性能，尤其抗菌防霉、阻燃性能优异，应用领域广泛。

2、本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：

3、一种轻薄保暖针刺弹性复合材料，所述复合材料由弹性发泡材料和针刺棉纤维通过针刺复合而成；所述针刺棉纤维位于弹性发泡材料的一侧表面或弹性发泡材料的两侧表面或两层弹性发泡材料的中间；

4、所述弹性发泡材料选用丁腈橡胶、聚酰胺、改性聚氯乙烯、改性二氧化硅气凝胶共混发泡材料；

5、本发明提供了一种轻薄保暖针刺弹性复合材料的制备方法，按重量份计，包括如下步骤：

6、a1、将40-50份聚酰胺、30-40份改性聚氯乙烯、10-15份增塑剂、5-8份热稳定剂混合均匀后，加入到密炼机中，升温至120-130℃，混炼5-10min，加入60-70份丁腈橡胶、2-3份防老剂、5-10份填料，继续升温至150-160℃，混炼15-20min，得到母胶；

7、a2、向母胶中加入10-15份发泡剂、6-10份硫化剂、3-5份硫化促进剂和30-35份改性二氧化硅气凝胶，降温至90-100℃，混炼3-5min，得到混炼胶；混炼胶放入挤出机，挤出所需形状，再放入模压机进行固化，以大于4℃/s的速度快速降温冷却，得到弹性发泡材料；

8、a3、将针刺棉纤维位于弹性发泡材料的一侧表面或弹性发泡材料的两侧表面或两层弹性发泡材料的中间，通过针刺复合，得到复合材料。

9、进一步地，步骤a2中固化过程为：第一次固化压力为10-15mpa，温度为130-150℃，时间为15-20min；第二次固化的压力为15-20mpa，温度为170-180℃，时间为10-15min。

10、本发明还提供了上述轻薄保暖针刺弹性复合材料的应用，所述复合材料用于服装、鞋帽、冷链包装、建筑、航空航天领域。

11、改性聚氯乙烯的制备方法为：将聚氯乙烯、改性剂、三乙胺加入到n,n-二甲基乙酰胺中，升温至80-90℃，搅拌反应8-10h，反应完成后，自然将至室温，加入甘油至无沉淀物析出，过滤，沉淀物用水洗涤3次，干燥后得到改性聚氯乙烯；

12、进一步地，所述聚氯乙烯、改性剂、三乙胺的质量比为1:0.6-0.8:0.1-0.2。

13、改性二氧化硅气凝胶的制备方法为：

14、s1、将甲基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷加入到混合溶剂中，搅拌混合均匀，加入0.5-1mol/l硫酸调节溶剂ph值为2-3进行水解，再加入氨水调节溶剂ph值为10-11进行缩合，得到湿凝胶；

15、s2、将改性季铵盐、n,n'-羰基二咪唑加入到乙腈和水中，升温至30-40℃，搅拌5-6h，除去乙腈，得到混合液，将混合液加入到步骤s1得到的湿凝胶中，继续升温至60-70℃，反应6-8h，得到改性湿凝胶，用丙酮洗涤后经超临界干燥得到改性二氧化硅气凝胶；

16、进一步地，步骤s1中所述甲基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、混合溶剂的质量比为1:0.8-1:4-5；所述混合溶剂为质量比为1:0.1-0.2的乙醇和水。

17、进一步地，步骤s2中所述改性季铵盐的用量与步骤s1中3-氨基丙基三甲氧基硅烷的摩尔用量相同；所述改性季铵盐、n,n'-羰基二咪唑的摩尔比为1:1-1.1。

18、改性剂的制备方法为：

19、（1）将二乙烯三胺加入到三氯甲烷中，升温至40-50℃，缓慢滴加环氧氯丙烷，滴毕，继续反应3-4h，减压浓缩得到氯化-二乙烯三胺，化学结构式为：

20、；

21、（2）将氯化-二乙烯三胺、十二烷基二甲基叔胺加入到乙醇中，升温至80℃，回流反应10-12h，得到改性季铵盐，化学结构式为：

22、；

23、（3）将改性季铵盐、三乙胺加入到无水乙醚和乙腈的混合溶剂中，冰浴条件下，滴加二乙基亚磷酰氯，滴毕，继续反应2-3h，得到改性剂，化学结构式为：

24、。

25、进一步地，步骤（1）中所述二乙烯三胺、环氧氯丙烷的摩尔比为1:2-2.1；步骤（2）中所述氯化-二乙烯三胺、十二烷基二甲基叔胺的摩尔比为1:1-1.1；步骤（3）中所述改性剂季铵盐、二乙基亚磷酰氯、三乙胺的摩尔比为1:1-1.1:1.5-2.0。

26、本发明具有如下有益效果：

27、本发明所制备的改性剂分子结构中含有抗菌作用的双季铵盐、阻燃作用的磷元素，改性剂中的-nh与聚氯乙烯中的c-cl键反应接枝反应，成功将改性剂接枝到聚氯乙烯分子链上，获得了具有抗菌、阻燃作用的改性聚氯乙烯；本发明所制备的改性季铵盐分子结构中也含有抗菌作用的双季铵盐，改性季铵盐中的-oh与湿凝胶表面的-nh2在n,n'-羰基二咪唑的作用下发生缩合反应，成功将改性季铵盐接枝到二氧化硅气凝胶上，获得了具有抗菌作用的改性二氧化硅气凝胶；本发明进一步将改性聚氯乙烯、改性二氧化硅气凝胶用于制备复合材料，一方面，改性聚氯乙烯和改性二氧化硅气凝胶两者能共同作用，提高复合材料的抗菌性能，另一方面，两者还能够与其他阻燃组分协同作用，显著提升复合材料的阻燃性能；另外，由于改性聚氯乙烯和改性二氧化硅气凝胶的表面接枝了相似的有机分子（含有良好分散作用的长链季铵盐），两者之间的相容性较好，在混合体系中的分散性也较好，混炼过程中也能使各组分之间混合更加充分，结合力更强，从而提高了复合材料的综合性能。

28、本发明利用弹性发泡材料及针刺棉纤维制备的轻薄保暖针刺弹性复合材料具有轻薄，良好的回弹性、隔热保温性能及力学性能，尤其抗菌防霉、阻燃性能优异，应用领域广泛。