一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品及其制备方法
阅读说明：本技术 一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品及其制备方法 (White tourmaline mineral composite quick-heating warm-feeling textile and preparation method thereof ) 是由 张以河 张国清 张磊 田娜 高路 周博文 高彩霞 陈宇 王兰心 李兴娜 文洪杰 于 2021-11-03 设计创作，主要内容包括：本发明总体地涉及功能性纺织品技术领域,具体涉及一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品,及其工业化生产速热暖感纺织品的制备方法。本发明提供一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品,采用吸收光能后,能提升表面温度并具有远红外线发射功能的白电气石和黑电气石作为主要成分,以金属氧化物为助剂,加入分散剂和调节剂制成水性浆料,再加入粘合剂和印花增稠剂制成印花浆料,最后印染,即得。整体制备方法简单,适合大规模工业化生产制备,可以实现大批量连续生产,制备出的白电气石矿物复合的速热暖感纺织品呈白灰色,后期简单喷涂图案,即可直接转化为实际商业产品。(The invention relates to the technical field of functional textiles, in particular to a white tourmaline mineral composite quick-heating warm-feeling textile and a preparation method for industrially producing the quick-heating warm-feeling textile. The invention provides a white tourmaline mineral composite fast-heating warm feeling textile, which is prepared by adopting white tourmaline and black tourmaline which can raise surface temperature and have far infrared ray emission function after absorbing light energy as main components, taking metal oxide as an auxiliary agent, adding a dispersing agent and a regulator to prepare aqueous slurry, adding an adhesive and a printing thickening agent to prepare printing slurry, and finally printing and dyeing. The integral preparation method is simple, the method is suitable for large-scale industrial production and preparation, large-scale continuous production can be realized, the prepared white tourmaline mineral composite fast-heating warm feeling textile is white gray, and patterns are simply sprayed at the later stage, so that the white tourmaline mineral composite fast-heating warm feeling textile can be directly converted into an actual commercial product.)
技术领域
本发明总体地涉及功能性纺织品技术领域，具体涉及一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品，及其工业化生产速热暖感纺织品的制备方法。
背景技术
随着社会发展和人们生活质量的不断提高，人们对穿着的要求早已不是遮寒蔽体，也不仅是时尚美观。除了基本的便利性(易洗、快干、不掉色、免烫、防缩水等)、舒适性(柔软适体、吸湿排汗、亲肤透气)外，人民对于衣着保健性(抗紫外线、抗菌、抗静电、防臭、防虫)也有了要求。
功能性纺织品是指纺织品除具有自身的基本使用价值外，还具有其他附加的特殊功能，如健康型功能(抗菌性能、防蚊性能、防螨性能、防霉性能等)、舒适型功能(吸湿性能、速干性能、吸湿速干性能、透气性能、保暖性能等)、防护型功能(拒水性能、防水性能、防风性能、阻燃性能、防紫外性能、防静电性能、遮光性能等)、易护理型功能(免烫性能、防污性能等)等功能。目前，功能性纺织品越来越受消费者欢迎，各类功能性纺织品的开发和生产中。纺织品的功能化，适应了人们生活方式的变化和追求健康、舒适、增值的预期，为人们完美的生活提供更多的选择，是纺织产品技术进步的方向，是提高纺织产品档次和附加值的有效途径之一。
远红外纺织品是对具有高效远红外发射性能的一类纺织品的简称。远红外线易被人体吸收，它不仅使皮肤表层产生热效应，起到保暖效果，而且还通过分子产生共振作用，从而引起皮肤深层组织发热，这种作用的产生可刺激细胞活性，改善血液的微循环，提高机体的免疫力，起到一系列的医疗保健作用。
但是目前市场上的远红外纺织品普遍需要外置电源加热，不仅增加了成本，而且加热时间不长，增加了纺织品的重量，需要频繁充电。该类产品源于有源暖感类产品，便携性不足。而且，外置电源加热还会加大能源的高消耗，直接导致温室气体过量排放，不利于减少碳排放的追求目标。
随着远红外织物不断取得新的发展和突破，天然矿石的开发与利用是近几年远红外织物领域的研究热点之一。在自然界中，矿石资源占比丰富，绝大多数矿石都具有一定的能量，具有极高的使用价值。例如，六环石、白电气石、电气石、太极石都具有远红外辐射和释放负离子性的独特性能，含有人体所必需的一些微量元素，不仅可以使皮肤表面具有热效应，起到保暖作用，而且可以促进人体血液循环，改进微循环状态，提高红细胞的携带氧功能，降低血液粘度，提高人体对疾病的抵抗力，消除疲劳，促进体力恢复，镇静神经系统，调节肌体功能平衡等作用。因此，研究矿物复合材料构成的无源暖感功能织物意义重大。
但是常规的矿物复合材料纺织品，由于添加了矿物成分，会明显降低纺织品的柔顺性，影响造成穿着舒适感。而且，矿物颗粒的牢固度和矿物颗粒颜色会限制矿物复合纺织品的应用场景，尤其是现有技术中，添加矿物成分的纺织品普遍颜色较深，不利于后期调色印花。
发明内容
本发明的目的在于提供一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品，采用吸收光能后，能提升表面温度并具有远红外线发射功能的白电气石和黑电气石作为主要成分，以金属氧化物为助剂，加入分散剂和调节剂制成水性浆料，再加入粘合剂和印花增稠剂制成印花浆料，最后印染，即得热阻值为0.095m2K/W的白灰色速热暖感纺织品；
其中，所述金属氧化物为SiO2、ZrO2按质量比1:(1-2)组合而成。
现有技术中，电气石一般为含铁为主的黑色或者灰黑色，现有物理加工工艺，很难将电气石改白或者增白。生产白色电气石粉，主要选用含锂、镁，钠为主的半透明和透明电气石。而白色电气石相比于常见的黑电气石而言，具有更好的着色效果，制备出的矿物复合纺织品颜色呈白灰色，与普通纺织品颜色相近，方便后期再次调色漂染。而且，白电气石可以产生远红外线，波长为4μm-15μm，能够与人体产生共振吸收效应。电气石颗粒粒径越小，其释放远红外性能就越强，远红外释放率可以达到0.92以上。具有抗紫外线以及抗菌等功能。本发明研究发现，将白电气石和金属氧化物复配，既可以利用其远红外线辐射性能，使人体微血管扩张，加速血液循环，产生良好的温热效应，提高纺织品暖感能力和保健功能；又可以提升复合矿物与纺织品贴合的牢固度。经验证，仅将氧化锆、二氧化硅和黑电气石复配，则制备的纺织品模拟机器超高速洗涤10分钟后，与添加白电气石的方案相比，远红外发射性能降低0.22％，说明仅采用黑电气石复配金属氧化物，则矿物颗粒的牢固度性能不佳，不利于长期穿着使用。
黑电气石是一种含铁的黑色矿物，是以含硼为特征的铝、铁、钠、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物，是典型的高温气成矿物之一。黑电气石也具有发射远红外线辐射能力(4-14μm的成长光线)，能够产生永久性微弱电流，与通过人体神经的电流类似，可以促使血液循环顺畅。而且，黑电气石具有特殊的热电性和压电性，在受热、受压或者受到其它能量激发时都会产生电荷，释放出大量的负离子和辐射远红外线，具有特别的电磁波防护功能。将黑电气石与白电气石复合，不仅可以大幅提高织物的吸热性能，而且使远红外发射波段完整，白电气石能量激发还会影响黑电气石，产生电磁波防护效果。二者复配具有协同增效的效果。
金属氧化物SiO2和ZrO2，与高分子材料具有良好的兼容性，经实际实验验证，SiO2和ZrO2复配矿石，可有效提升矿物复合远红外纺织品的远红外性能。而且，氧化锆具有折射率大、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、不挥发等优点，制备出的纺织品性质稳定，对人体无危害，在长期穿着和多次洗涤条件下，仍具有高远红外发射性能。二氧化硅微粒在体系中，可以降低矿石对纺织品柔顺性的影响，经验证，仅添加氧化锆和白电气石、黑电气石复配，则制备的纺织品材质相对较硬，人体实际穿着体验感差。
将白电气石、黑电气石和金属氧化物复配，既可以使远红外发射波段完整，大幅提升远红外线辐射性能，又可以协同增效，物质成分间相互促进，最终达到脱离外置电源加热也能持续达到暖感功效的效果。
为实现上述目的，本发明的目的在于提供一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品，由白电气石为主要成分，以金属氧化物和黑电气石为辅助成分，加入分散剂和调节剂制成水性浆料，所述水性浆料按重量份数计，白电气石3-20份，黑电气石1.5-10份，金属氧化物1.5-10份，分散剂0.2-1份，调节剂0.005-0.5份，去离子水20-40份。
在一优选的实施方式中，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐分散剂，所述调节剂为AMP-95，其中，AMP-95为2-氨基-2-甲基-1-丙醇，用于条件体系pH值稳定，还有湿润、分散的作用；与聚丙烯酸铵盐分散剂使用，可以减少分散剂的用量，提高分散效果；与印花增稠剂复合使用，可以提高增稠剂性能，不需要氨水，减少污染和气味。
本发明的目的在于提供一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品的制备方法，将复合矿物分别超微粉碎成不同粒径的超微粉体，再将粉体混匀，制备水性浆料，再加入印染助剂制成印花浆料，最后二次印染即得。
整体制备方法简单，适合大规模工业化生产制备，可以实现大批量连续生产，制备出的白电气石矿物复合的速热暖感纺织品，后期简单喷涂图案，即可直接转化为实际商业产品。
为实现上述目的，本发明提供了一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品的制备方法，包括以下步骤：
S1.矿物预处理：将白电气石、黑电气石和金属氧化物分别超微粉碎，制备得到粒径为1-10μm的白电气石超微粉体，粒径为1-10μm的黑电气石超微粉体，粒径为30nm-1μm的金属氧化物超微粉体，将三种矿物粉体混匀，备用；
S2.水性浆料制备：用去离子水溶解分散剂和调节剂，再加入预处理后的矿物粉体，搅拌均匀，即得水性浆料；
S3.印花浆料制备：在水性浆料中依次加入粘合剂和印花增稠剂，即得印花浆料；
S4.印染：采用磁棒印花机将印花浆料渗透进纯纤维布中，印染结束后，烘干；再重复印染操作，进行二次印染和烘干，即得一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品。
其中，经实际实验研究，矿物粒径对远红外线的释放影响很大，其粉末目数越大，粒径越小，越有利于远红外线的释放。金属氧化物可通过表面改性工艺和改性剂使得其不易团聚，粒径分布均匀，分散性好，所以粒径设计得相对较小，故金属氧化物粒径设计为30nm～1μm；矿石粉末作为主要原料，粒径越小越易团聚；若粒径小于1μm矿石粉末团聚后远红外性能会下降，粒径大于10μm则不仅远红外性能较差，而且制成纺织品后颗粒感严重，亲肤性差。在纺织品中织物的选择，本发明尝试了多种织物，均可达到速热暖感的效果，优选棉织物。
在一优选的实施方式中，所述步骤S3中，粘合剂、增稠剂和水性浆料的质量比为(10-30)：(30-50)：(20-60)。
在一优选的实施方式中，所述粘合剂为自交联聚丙烯酸酯乳液，印花增稠剂为LY-8100。
在一优选的实施方式中，所述步骤S4中，磁棒印花机处理参数为：磁力为3～5V，速度为10～22m/min。
在一优选的实施方式中，所述步骤S4中，两次烘干的条件均为：在80℃烘箱内烘干10-30min。
与现有技术相比，根据本发明的一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品及其制备方法具有如下优点：
1、采用了天然矿物复配组合，利用矿物自身性能和协同效果，无需外置电源加热，减少能源消耗。而且，原料矿物来源广泛，成本低廉，安全环保。
2、白电气石在本发明中既可以提供远红外发射性能，作为热源提供暖感，又可以产生改善纺织品颜色和提升矿物颗粒和纺织品牢度的作用，黑电气石在本发明中作为提供强远红外发射性能的材料。
3、单一矿物物质都只在某个窄的波段具有远红外发射性能，本发明采用多种远红外粉体进行复配，得到了在8～15μm波段具有强远红外发射性能、且远红外发射波段完整的复合远红外剂。
4、金属氧化物进一步增强了矿物远红外性能，使得整体纺织品性质稳定，具有良好的耐洗涤效果。而且，由于矿物粒径微小，纺织品与矿物和金属氧化物紧密结合，附着力强，不易洗脱，处理后的纺织品机械强度没有明显降低，不影响人体穿着感，
5、制备速热暖感纺织品采用印花工艺，通过搅拌等方法就可制出浆料，通过刮刀往复刮压就可生产出具有远红外功能的白电气石复合暖感保健印花纺织品，一次成型，不会影响面料原有的质感，操作简便，加工能耗低，对生产条件和操作人员没有额外限制要求，可实现大规模生产，能赋予普通纺织品更大的功能性和附加值。
6、制备速热暖感纺织品适合应用于保健功能服饰、可穿戴服饰、户外服饰和运动服饰领域，利用广泛波段发射远红外线，增强体感温度。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1为本发明实施例1制备的白电气石矿物复合的速热暖感纺织品。
图2为本发明实施例1制备的白电气石矿物复合的速热暖感纺织品的温升测试的照片(a)配置一定比例的白电气石复合暖感保健印花纺织品加热20s后的热成像照片，(b)配置一定比例的白电气石复合暖感保健印花纺织品加热20s后冷却2min后的热成像照片。
具体实施方式
若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
在本发明中，重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。
本实施例中，选用的黑电气石产地为河北省石家庄市，其矿物成分主要为SiO253.19％；Al2O3 14.01％；Fe2O3 12.87％；CaO 8.80％；MgO 5.75％；Na2O 1.98％；TiO21.52％；K2O 0.86％；P2O5 0.31％。
本实施例中，选用的白电气石购自灵寿县拓琳矿产品加工厂，产地为河北省石家庄市。
本实施例中，分散剂为耐水性分散剂CX003(广东顺德长昊贸易有限公司生产的聚丙烯酸铵盐分散剂)，调节剂为美国陶氏AMP-95，粘合剂为SHW粘合剂(常州旭杰纺织材料有限公司生产)，增稠剂为LY-8100(苏州联胜化学有限公司生产)
实施例1
一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品，包括以下步骤：
(1)水性浆料制备：用20ml去离子水溶解助剂，包括0.4g耐水性分散剂CX003、0.03g AMP-95调节剂。然后放入20g粒径为10μm的白电气石粉末及10g粒径为10μm的黑电气石粉、5g SiO2、5g ZrO2粒径为30nm的粉末，之后搅拌均匀；
(2)印花浆料制备：依次加入占印花浆料的60g的SHW粘合剂及占印花浆料的100g增稠剂，搅拌均匀；
(3)印染：采用磁棒打样机对纯纤维布进行后处理参数设置为：磁力为5V，速度为22m/min。印染后在80℃烘箱烘干。烘干后进行二次印染再烘干，最终得到具有远红外功能的白电气石复合暖感保健印花纺织品，实际制备的纺织品如图1所示，可以看出，织物表面光滑、均匀，颜色为白灰色，与边角处纺织品本体颜色相近似，既具有复合矿物的远红外发射性能，又能降低矿物对织物颜色的影响，方便进行后期调整织物色度。
实施例2
一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品，包括以下步骤：
(1)水性浆料制备：用30ml去离子水溶解助剂，包括0.4g耐水性分散剂CX003、0.03g AMP-95调节剂。然后放入20g粒径为10μm的白电气石粉末及10g粒径为10μm的黑电气石粉、5g SiO2、5g ZrO2粒径为30nm的粉末，之后搅拌均匀；
(2)印花浆料制备：依次加入占印花浆料的50g SHW粘合剂及占印花浆料的100g增稠剂，搅拌均匀；
(3)印染：采用磁棒打样机对纯纤维布进行后处理参数设置为：磁力为5V，速度为10m/min。印染后在80℃烘箱烘干。烘干后进行二次印染再烘干，最终得到具有远红外功能的白电气石复合暖感保健印花纺织品。
实施例3
一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品，包括以下步骤：
(1)水性浆料制备：用30ml去离子水溶解助剂，包括0.4g耐水性分散剂CX003、0.03g AMP-95调节剂。然后放入20g粒径为10μm的白电气石粉末及5g粒径为10μm的黑电气石粉、5g SiO2、5g ZrO2粒径为30nm的粉末，之后搅拌均匀；
(2)印花浆料制备：依次加入占印花浆料的50g的SHW粘合剂及占印花浆料的100g增稠剂，搅拌均匀；
(3)印染：采用磁棒打样机对纯纤维布进行后处理参数设置为：磁力为5V，速度为22m/min。印染后在80℃烘箱烘干。烘干后进行二次印染再烘干，最终得到具有远红外功能的白电气石复合暖感保健印花纺织品。
实施例4
一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品，包括以下步骤：
(1)水性浆料制备：用30ml去离子水溶解助剂，包括0.5g耐水性分散剂CX003、0.05g AMP-95调节剂。然后放入20g粒径为1μm的白电气石粉末及10g粒径为1μm的黑电气石粉、2.5g SiO2、2.5g ZrO2粒径为1μm的粉末，之后搅拌均匀；
(2)印花浆料制备：依次加入占印花浆料的50g的SHW粘合剂及占印花浆料的100g增稠剂，搅拌均匀；
(3)印染：采用磁棒打样机对纯纤维布进行后处理参数设置为：磁力为3V，速度为10m/min。印染后在80℃烘箱烘干。烘干后进行二次印染再烘干，最终得到具有远红外功能的白电气石复合暖感保健印花纺织品。
实施例5
一种白电气石矿物复合的速热暖感纺织品，包括以下步骤：
(1)水性浆料制备：用30ml去离子水溶解助剂，包括0.5g耐水性分散剂CX003、0.05g AMP-95调节剂。然后放入20g粒径为1μm的白电气石粉末及10g粒径为1μm的黑电气石粉、5g SiO2、5g ZrO2粒径为1μm的粉末，之后搅拌均匀；
(2)印花浆料制备：依次加入占印花浆料的60g的SHW粘合剂及占印花浆料的80g增稠剂，搅拌均匀；
(3)印染：采用磁棒打样机对纯纤维布进行后处理参数设置为：磁力为3V，速度为10m/min。印染后在80℃烘箱烘干。烘干后进行二次印染再烘干，最终得到具有远红外功能的白电气石复合暖感保健印花纺织品。
效果例1
将本发明原料矿物按实施例1的方法制备纺织品，并分别测算热阻值，结果如表1所示。
表1各样品热阻值
通过恒温恒湿箱测试热阻之后，40g纯白电气石矿物织物的热阻值为0.064，40g纯黑电气石矿物织物的热阻值为0.067，40g的复合矿物，其中白电气石复配黑电气石以2:1的比例制备织物的热阻值为0.067，实施例1的白电气石复配黑电气石及金属氧化物织物的热阻值为0.095，有效证明了将白色电气石与黑色电气石和金属氧化物复配后，可以大幅提升织物的保暖性能。在温升测试中黑电气石织物与其他矿石织物置于同一热源下，加热相同时间，黑电气石织物升温速度更快，加热结束时的温度更高，说明黑电气石的添加可以提升织物的吸热性能。而白电气石可以为织物提供更多的白度，更利于后期织物染色，还可以提升矿物颗粒和纺织品牢度。
效果例2
将实施例1白电气石矿物复合的速热暖感纺织品进行温升测试，如图2(a)配置一定比例的白电气石复合暖感保健印花纺织品加热20s后的热成像照片中所示，制成的具有远红外功能的白电气石复合暖感保健印花纺织品在吸热20s后最高温度就能达到100℃以上，证明其吸热能力强；如图2(b)配置一定比例的白电气石复合暖感保健印花纺织品加热20s后冷却2min后的热成像照片所示，在没有热源的情况下2min后仍能保持将近人体温的温度，证明其保温效果好。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
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