纺织导报-微胶囊技术在蓄热调温整理上的研究.pdf
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1、D y e in g 微胶囊;相变 材料;智能纷织品 中图分类号: T S 1 9 5文献标识码: A 文章编号:1 0 0 3 一3 0 2 5 ( 2 0 0 4 ) 0 3一0 0 6 8 一0 3 0 引言 蓄热调温纺织品是一种新型的智能纺织品 一 2 1 , 其 技术被认为是继美国G o r e 一T e x 以来最重要的舒适性纺 织技术。这类纺织品在穿着时就可以吸收人体散发出来 的过量热,起到降温作用;也可在降温时释放热量起到 保温作用。 9 0 年代初,美国T r i a n g l e 公司合成了直径1 5一4 0 t m 具有热能吸收和释放功能的微胶囊, 并将其整理在织 物表
2、面,得到了具有温度调节功能的纺织品。此后蓄热 调温整理的发展进人了一个新的阶段,即从理论研究转 向应用开发。 美国O u t l a s t 技术公司得到了G o r e 一T e x 公 司用微胶囊技术制造蓄热调温纺织品的专利授权,经多 年研究改进,使微胶囊整理织物技术实现了商业化。最 近, 英国T h e r m o r e S p a 公司开发了T h e r m o r e T 3 7 产品, 可以动态调温使身体保持在3 7的自然温度。因此, 将 微胶囊整理到织物上并赋予其蓄热保温功能,在提高纺 织品的附加值方面有巨大潜力。 1 蓄热调温微胶囊 蓄热调温微胶囊就是将特定温度范围的相变材
3、料 P C M s ( P h a s e C h a n g e M a t e r i a l s ) 用某些高分子化合物或 无机化合物以物理或化学方法包覆起来制成直径大约1 一 3 0 g m常态稳定的固体颗粒 3 1 a 用在蓄热调温微胶囊上的相变材料主要是石蜡类烷 烃 4 1 。石蜡具有不同的熔点和结晶点, 在相变过程中改 变不同烷烃的混合比例, 可得到理想的相变温度范围。 而 且石蜡无毒、不腐蚀、不吸热,其热性能在长期使用中 作者简介:赵晓娣,女,1 9 7 9 年生, 硕士在读,天津, 3 0 0 1 6 0 保持稳定。因此选择石蜡类烷烃做相变材料较普遍。 蓄热调温微胶囊选取的壁
4、材与其它微胶囊不同。它 需要成膜性和化学稳定性好,以防在外力作用下芯料的 渗透。早期主要采用眠+甲醛反应生成的氨基树脂。最 近台湾省纺织中心染整部高分子组从事研究 5 1 ,以聚乙 烯醋/ 聚乙烯醇共聚物和异氰酸盐合成具有P U 官能基的 壁材,效果明显。并且已成功研制出数个毫米、微米乃 至数百纳米级相变材料微胶囊。 天津工业大学功能纤维研究所采用原位聚合法合成 了平均粒径2 . 3 一4 .6 p m、 蓄热量1 8 3 .7 4 J / g 的微胶囊, 若将之用于服装,将在人体与外界环境间建立一种动态 热平衡,为人体营造舒适的 “ 衣内微气候”环境。 2 蓄热调温整理机理 蓄热调温机理源于
5、微胶囊中的相变材料 3 - 7 1 ,它能 根据外界环境温度变化发生固一液可逆变化,从外界环 境吸收或释放热量,在纺织品周围形成温度基本恒定的 微气候,从而实现温度调节功能。 当环境温度或人体皮肤温度达到服装内微胶囊相变 材料MP C Ms ( Mi c r o e n c a p s u l a t i o n o f P h a s e C h a n g e M a t e r i a l s ) 的 熔点时, M P C M s 吸 热从固 态 转化液态, 在 服装层内产生短暂的制冷效果 ( 图1 ) , 热能可能来自 外 界温暖环境。一旦P C Ms 完全溶解,储能便结束。如果 MP
6、 C Ms 服装在低于P C M结晶温度的寒冷环境中使用, 液 态P C Ms 将变回固态, 释放出能量, 提供短暂的加热效果 ( 图2 ) 。 这种热转换在服装内起缓冲作用, 减小皮肤温度 的变化,延长穿着者的舒适感。 在相变过程中要采用不同烷烃比例,如果希望相变 温度在3 3,则采用高几度或低几度P C Ms 混合,形成 6 8 纺织导报 C h i n a T e x t i l e L e a d e r 2 00 4 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the wate
7、rmark D y e in g 当人体处于安静状 态时, P C Ms 重新固化放出热量 ( 此时空气温度 皮肤 温度) , 因此, 有一定厚度的保暖系统在持续冷暴露时能 有效维持热舒适性。在寒冷环境中P C Ms 从液态到固态 要释放能量, 然而只有P C Ms 吸收足够潜热以弥补人体向 外界散失的热量时, 才能有效地改善服装的热舒适性。 热 量从温暖的人体流向冷环境,皮肤一服装一外界之间存 在着温度梯度。即使人进人更冷的环境,因内衣层与皮 肤温度接近, P C Ms 仍处于液态, 而服装外层的P C Ms 已 遇冷固化放出热量,P C Ms 固化后,放热过程结束。 3 蓄热调温整理的方法
8、 3 . 1 纺丝方法 已获得成功的技术工艺由美国T ri a n g l e 公司开发18 1 把7 %( 质量) 左右的蓄热调温微胶囊均匀分散在聚丙烯 睛纺丝液中,通过喷丝板挤出制成纤维,微胶囊直接嵌 人纤维内部, 这种纤维可以纺纱织布, 细度为2 . 2 , 3 .3 和 5 .0 d t e x 。此纤维使用稳定性好,目 前已规模生产。日 本 醋公司采用脂肪族聚醋熔融复合纺丝, 已申请了专利。 天 津工业大学用石蜡烷烃熔融复合纺丝工艺,使用稳定性 中等,目前还没有规模生产。 3 . 2 涂层方法 T ri a n g l e 公司在把蓄热调温微胶囊应用于织物涂层整 理方面作了大量的研究
9、工作 19 1 ,将含有蓄热调温微胶囊 的粘合剂、消泡剂和分散剂的混合液,通过使用热转移 涂层技术整理到织物上,赋予其蓄热调温功能,提高舒 适性。根据成品要求,涂层大约增重6 7一3 3 8 g / m 2 , 如果作为里层材料, 通常要增重1 3 5一2 0 3 g / m 2 , 并且 蓄热调温微胶囊的合理排列有助于温度调节。但涂层后 织物的风格会受到影响,其物理机械性能、透气性能均 有所下降,所以仍有待进一步研究。 3 . 3 泡沫方法 使用水吹法得到的泡沫很柔软 19 1 ,其中蓄热调温微 胶囊均匀分布, 增重约3 5 %一4 8 %, 但撕破强力很低, 通常适合做服装衬里。 O u
10、t l a s t 曾授权L e n d e l l 制造公司生 产这种软泡沫材料, 厚度约2 m m, 甚至更薄。 美国F ri s b y 公司将蓄热调温微胶囊嵌人轻型的泡沫材料中 1 0 1 , 已用 于头盔、手套和靴子等防护用品中。 4 性能评价 4 . 1 评价方法 为了测定蓄热调温微胶囊在织物整理上的效果,目 前主要采用3 种方法 ( 表1 ) 。 D S C 通常用来测定储热能力及嵌人到织物结构中的 P C Ms 微胶囊的相变温度范围。 使用一种新的方法,即动态热转换测量法可测定动 态保暖效果,并可清楚地与织物结构提供的基本保暖效 6 9 纺织导报 Ch i n a T e x
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