畢業(yè)論文微膠囊相變材料的主要制備工藝

1、.摘要相變材料是近年來研究最為廣泛，最具有應(yīng)用前景的儲能材料之一。如何對固液相變材料進(jìn)行有效的封裝，提高其穩(wěn)定性，是阻礙其規(guī)?；瘧?yīng)用的主要問題。本文以石蠟為芯材,苯乙烯_馬來酸酐共聚物(SMA)為乳化劑,單體甲苯2,4-二異氰酸酯（TDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、多醚聚元醇(分子量為500和1000）為反應(yīng)性單體,采用界面聚合制備微聚氨酯殼體微膠囊相變材料。通過光學(xué)顯微鏡、稱重法對所制備微膠囊的表面形貌、熱穩(wěn)定性和化學(xué)結(jié)構(gòu)作了表征和分析。將相變材料微膠囊通過浸軋法整理于織物的表面，實(shí)現(xiàn)紡織品蓄熱調(diào)溫功能。也是目前蓄熱調(diào)溫智能紡織品的研究熱點(diǎn)之一。為此，總結(jié)了相變材料微膠囊化的反應(yīng)機(jī)制

2、和影響微膠囊性質(zhì)的主要因素，以及這類微膠囊與紡織品的復(fù)合技術(shù)，系統(tǒng)介紹了相變材料微膠囊在蓄熱調(diào)溫智能紡織品中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并指出其中存在的問題及解決的方法，從而為智能紡織品的開發(fā)與應(yīng)用提供參考。通過光學(xué)顯微鏡、稱重法、熱溫度計法對所制備微膠囊的表面形貌、熱穩(wěn)定性及整理織物效果進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：TDI和多醚聚元醇(分子量為500)為單體制備的微膠囊的穩(wěn)定性、整理到織物上的效果明顯較好；同一反應(yīng)單體在不同溫度下下制備的微膠囊效果也有巨大的差異，太高的溫度和過低的溫度所制備的微膠囊的效果都不好。關(guān)鍵詞:微膠囊,聚氨酯,相變材料,多醚聚元醇,界面聚合，蓄熱調(diào)溫，織物目錄前 言是1第1章 概 述21

3、.1 微膠囊相變材料的定義21.2微膠囊相變材料的特性21.3微膠囊相變材料的主要制備工藝2第2章 實(shí) 驗(yàn)112.1實(shí)驗(yàn)藥品及儀器112.1.1實(shí)驗(yàn)儀器112.1.2實(shí)驗(yàn)藥品及試劑112.2聚氨酯微膠囊制備方法及工藝12; 前 言能源是社會發(fā)展的動力，幾乎一切的人類活動都和能源有著密切的關(guān)系。開發(fā)可再生能源和新能源的理論與應(yīng)用研究一直很受關(guān)注,在熱能的存貯和有效利用方面更是研究的熱點(diǎn)。相變材料是一種利用相變潛熱來儲能和放能的化學(xué)材料。在實(shí)際當(dāng)中,人們?yōu)榱藨?yīng)對環(huán)境溫度的變化對材料溫度造成的影響,期望通過相變材料對熱能的存放功能,來控制材料周圍的溫度,達(dá)到材料需求溫度,從而提高能源利用率,相變材料

4、的重要性自然得到了提升。20世紀(jì)30年代以來,特別是受80年代能源危機(jī)的影響,相變儲能基礎(chǔ)理論及應(yīng)用技術(shù)研宄在歐洲、北美、日本等發(fā)達(dá)國家迅速崛起并得到不斷的發(fā)展。材料科學(xué)、太陽能技術(shù)、航天技術(shù)和工程熱物理等學(xué)科領(lǐng)域 的相互滲透與發(fā)展進(jìn)一步為相變儲熱研宄和應(yīng)用創(chuàng)造了條件。隨著生活水平的提高，人們對紡織品的服用性能提出了更高的要求，多種功能性紡織品應(yīng)運(yùn)而生，其中，調(diào)溫纖維作為一種新型的智能纖維引起了人們廣泛的關(guān)注。20世紀(jì)80年代,將相變材料結(jié)合到紡織材料上的想法得到了最初的體現(xiàn),之后隨著紡織材料開發(fā)技術(shù)的提高,發(fā)展到現(xiàn)在主要以相變微膠囊的開發(fā)為主流,目前這種具有調(diào)溫功能的微膠囊被應(yīng)用在了一系列調(diào)

5、溫纖維以及后整理織物的開發(fā)上。在當(dāng)前階段，微膠囊相變材料殼體的制備方法有界面聚合法和界面聚合法。原位聚合要以三聚氰氨、脲醛樹脂等為壁材，這些原料在使用過程中會釋放甲醛，不利于環(huán)保，而且合成過程較復(fù)雜，過程不易控制等。界面聚合法適用于多種聚合反應(yīng)。與原位聚合法不同，界面聚合法的兩種反應(yīng)單體分別溶于分散相和連續(xù)相中，依靠一定濃度的表面活性劑的存在使得體系穩(wěn)定，反應(yīng)開始時，兩種反應(yīng)單體分別從兩相內(nèi)部向兩相界面發(fā)生移動，在相界面發(fā)生聚合反應(yīng)生成壁材將囊芯進(jìn)行包覆而形成相變微膠囊，其具有反應(yīng)速度快、過程易控制等優(yōu)點(diǎn)。但調(diào)溫織物的制備方法一般包括紡絲法和織物后整理的方法。紡絲法要求 PCM 具有耐高溫的性

6、質(zhì)且微膠囊的致密性優(yōu)良，因此工業(yè)化難度大；而后者操作簡單、對整理裝置要求不高，使用性強(qiáng)，是研究者比較傾向的選擇。后整理的方法主要包括涂層法、浸漬法以及浸軋法。由于涂層法整理織物會影響織物的手感和透氣性。所以在本實(shí)驗(yàn)中，通過界面聚合的方式制備微膠囊，探討反應(yīng)速度較溫和的TDI和IPDI分別與聚醚多元醇反應(yīng)制備具有三維網(wǎng)狀的微膠囊的表現(xiàn)形態(tài)，采用浸法將聚氨酯微膠囊整理到織物上，探討聚合過程中相關(guān)因素變量及最佳工藝。第1章 概 述1.1 微膠囊相變材料的定義相變材料是利用物質(zhì)發(fā)生相變時需要吸收或放出大量熱量的性質(zhì)來儲熱。微膠囊相變材料是應(yīng)用微膠囊技術(shù)在固-液相變材料微粒表面包覆一層性能穩(wěn)定的高分子膜

7、而構(gòu)成的具有核殼結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合材料，它是利用聚合物作壁材，相變物質(zhì)為芯材制備的微小顆粒，具有儲熱溫度高、設(shè)備體積小、熱效率高以及放熱為恒溫過程等優(yōu)點(diǎn)，利用微膠囊相變材料這種儲熱、放熱作用，可以調(diào)整、控制工作源或材料周圍環(huán)境的溫度。在微膠囊相變材料中發(fā)生相變的物質(zhì)被封閉在球形膠囊中，從而可有效解決相變材料的泄漏、相分離以及腐蝕性等問題，有利于改善相變材料的應(yīng)用性能，并可拓寬相變蓄熱技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。相變材料在產(chǎn)生相變時能夠吸收發(fā)熱體的熱量，使其溫度不再升高或升高較??；當(dāng)發(fā)熱體不工作時，其溫度降低，相變材料可以恢復(fù)原來的相結(jié)構(gòu)，因此可以多次重復(fù)使用。1.2微膠囊相變材料的特性微膠囊相變材料具有如下的

8、特性：（1）提高了傳統(tǒng)相變材料的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)相變材料穩(wěn)定性差，易發(fā)生過冷和相分離現(xiàn)象。形成微膠囊后，這些不足會隨著膠囊微粒的變小而得到改善。（2）強(qiáng)化了傳統(tǒng)相變材料的傳熱性。微膠囊相變材料顆粒微小且壁?。?.210m），提高了相變材料的熱傳遞和使用效率。（3）改善了傳統(tǒng)相變材料的加工性能。微膠囊相變材料顆粒微小，粒徑均勻，易于與各種高分子材料混合構(gòu)成性能更加優(yōu)越的復(fù)合高分子相變材料。（4）微膠囊相變材料便于封裝，可以降低相變材料的毒性，綠色環(huán)保。1.3微膠囊相變材料的主要制備工藝微膠囊的制備方法分為物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)法.其中：物理法有噴霧干燥法和空氣懸浮噴涂法等；化學(xué)方法主要有界面聚合法

9、、原位聚合法和懸浮聚合法等；物理化學(xué)法主要相分離法，相分離法又包括單凝聚法和復(fù)凝聚法。 最常用的制備微膠囊的方法是主要有界面聚合法、原位聚合法、相分離法、噴霧干燥法等。其制備方法的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)的比較如表1-1所示。制備方法原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)界面聚合法將芯材分散到含有活性單體A（形成壁材）的溶液中，再將溶液乳化到另一種連續(xù)相中，加入另一種活性單體B。兩種單體向芯材界面移動并進(jìn)行反應(yīng)形成聚合物.工藝簡單，反應(yīng)單體純度要求低，芯壁材配比要求不嚴(yán)，反應(yīng)速率快，時間易控制，且包封率高.反應(yīng)單體活性要求較高，必須能夠進(jìn)行縮聚反應(yīng).原位聚合法將芯材被分散到含有成殼單體的溶液中，預(yù)聚體在液滴表面發(fā)生聚合反應(yīng)并沉積

10、形成壁材.粒徑尺寸與囊壁厚度易控制，工藝簡單，成本低.要求單體可溶，聚合物不可溶.相分離法將芯材分散到含有壁材的溶液中，加入凝聚劑使壁材凝聚形成微膠囊.聚合物不溶解并沉淀，制備的微膠囊形態(tài)規(guī)則，粒徑較小.凝聚的過程可逆，體系不穩(wěn)定.1.4相變調(diào)溫紡織品的工作原理所謂調(diào)溫紡織品是一種新型智能產(chǎn)品,其中所包含的相變物質(zhì)能根據(jù)外界環(huán)境溫度的變化發(fā)生相態(tài)的可逆反應(yīng),既可以吸收熱量存儲于服裝內(nèi)部,也可以將服裝內(nèi)部的熱量放出,從而在服裝周圍形成溫度基本恒定的微氣候,實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)功能。相變調(diào)溫材料在紡織服裝中的應(yīng)用更好的提高了人體溫度舒適性。在正常情況下,人體產(chǎn)熱與散熱均得到動態(tài)平衡,才能保持體溫的相對恒定

11、。對于含有相變材料的服裝來說,在外部環(huán)境條件與自身活動條件的交互作用下,該類服裝能夠發(fā)揮輔助體溫調(diào)節(jié)功能,使人體保持熱平衡,即凈產(chǎn)熱量與凈散熱量相等。相變材料在整個熱交換過程中能夠根據(jù)人體體溫或外界環(huán)境溫度主動吸收及儲存熱量,從而起到管理和降低熱量、濕度的作用雖然其熱調(diào)節(jié)的效率與相變材料本身的熱洽值及添加量等因素有關(guān),但從原理上看,確實(shí)能在一定程度和時間段內(nèi)起到調(diào)溫的效果。相變調(diào)溫技術(shù)作為一種新的服裝微氣候調(diào)節(jié)手段與吸濕排汗類紡織品不同。對于吸濕排汗類紡織品來說,它能夠?qū)ζつw出汗做出反應(yīng),吸掉皮膚上的汗水,從而控制濕度,而當(dāng)其開始發(fā)揮作用時,人體已經(jīng)感受到過熱和出汗等不適。而相變調(diào)溫技術(shù)能夠主

12、動管理熱量,在皮膚出汗之前就能控制皮膚溫度,防止出汗,能夠更好的提升體感舒適度。相變微膠囊的蓄熱調(diào)溫機(jī)理示意圖如圖2 所示.固體芯材：相變材料液體芯材：相變材料壁材壁材溫度升到材料熔點(diǎn)時，開始融化吸熱溫度降到材料凝固點(diǎn)時，開始凝固放熱圖2 相變微膠囊的蓄熱調(diào)溫機(jī)理1.5微膠囊相變材料整理織物的工藝用相變材料微膠囊整理織物是將MEPCM 添加到整理液或涂層劑中，通過織物后整理方法，依靠黏合劑的作用使相變材料黏接在纖維或織物上，從而獲得蓄熱調(diào)溫紡織品。在紡織應(yīng)用領(lǐng)域，一般通過浸軋法和涂層法將微膠囊相變材料附加到紡織品上制成蓄熱調(diào)溫紡織品。常用的PU、丙烯酸類黏合劑對MEPCM 具有良好的粘接性和成

13、膜強(qiáng)度。通過選用適當(dāng)比例的整理液配方，及后整理技術(shù)得到的織物具有較好的平整度和調(diào)溫性能，但織物表面的涂層易形成薄膜覆蓋紗線及中間空隙從而影響織物透氣性。浸軋法采用浸軋方式可使MEPCM 均勻分布于織物表面并深入紗線內(nèi)部，獲得均勻的調(diào)溫效果。通過浸軋法將MEPCM 整理到織物上要求整理液黏度低、分散均勻方可實(shí)現(xiàn)膠囊深入織物內(nèi)并均勻分布。涂層法通過涂層加工的方式可將相變材料黏接在織物上，目前多采用直接涂層和泡沫涂層2 種涂層方法，其他涂層方法因?qū)ξ⒛z囊自身的耐熱性和抗拉、壓縮性能要求較高而受限。受涂層劑的濃度和涂層厚度的影響，涂層織物的透氣性和柔軟性均比浸軋整理織物差。1.5微膠囊的界面聚合原理界

14、面聚合法生成微膠囊流程及示意圖 1.4一、異氰酸酯的反應(yīng)機(jī)理異氰酸酯指結(jié)構(gòu)中含有異氰酸酯（NCO，即-N=C=O）基團(tuán)的化合物,其化學(xué)活性適中。一般認(rèn)為異氰酸酯基團(tuán)具有如下的電子共振結(jié)構(gòu)：根據(jù)異氰酸酯基團(tuán)中N、C、O元素的電負(fù)性排序：O(3.5)>N(3.0)>C(2.5),三者獲得電子的能力是：ONC。另外：C=O鍵鍵能為733kJ/mol,-C=N-鍵鍵能為553kJ/mol,所以碳氧鍵比碳氮鍵穩(wěn)定。因此，由于誘導(dǎo)效應(yīng)在-N=C=O基團(tuán)中氧原子電子云密度最高，氮原子次之，碳原子最低，碳原子形成親電中心，易受親核試劑進(jìn)攻，而氧原子形成親核中心。當(dāng)異氰酸酯與醇、酚、胺等含活性氫的親

15、核試劑反應(yīng)時，-N=C=O基團(tuán)中的氧原子接受氫原子形成羥基，但不飽和碳原子上的羥基不穩(wěn)定，經(jīng)過分子內(nèi)重排生成氨基甲酸酯基。反應(yīng)如下：二、異氰酸酯的反應(yīng)異氰酸酯基團(tuán)具有適中的反應(yīng)活性，涂料化學(xué)中常用的反應(yīng)有異氰酸酯基團(tuán)與羥基的反應(yīng)，與水的反應(yīng)，與胺基的反應(yīng)，與脲的反應(yīng)，以及其自聚反應(yīng)等。其中多異氰酸酯同羥基化合物的反應(yīng)尤為重要，其反應(yīng)條件溫和，可用于合成聚氨酯預(yù)聚體、多異氰酸酯的加和物以及羥基型樹脂（如羥基丙烯酸樹脂、羥基聚酯和羥基短油醇酸樹脂等）的交聯(lián)固化。配漆時nNCO:nOH一般在11.05：1。水性化多異氰酸酯用于水性羥基組分的交聯(lián)，此時nNCO:nOH一般在1.21.6：1。異氰酸酯基

16、和水的反應(yīng)機(jī)理如下：該反應(yīng)是濕固化聚氨酯涂膜的主要反應(yīng)，也用于合成縮二脲以及芳香族異氰酸酯基的低溫擴(kuò)鏈合成水性聚氨酯。脂肪族異氰酸酯基活性較低，低溫下同水的反應(yīng)活性較小。一般的聚氨酯化反應(yīng)在500C1000C反應(yīng)，水的分子量又小，微量的水就會造成體系中NCO基團(tuán)的大量損耗，造成反應(yīng)官能團(tuán)的摩爾比變化，影響聚合度的提高，嚴(yán)重時導(dǎo)致凝膠，因此聚氨酯化反應(yīng)原料、盛器和反應(yīng)器必須做好干燥處理。異氰酸酯基和胺的反應(yīng)生成脲，反應(yīng)如下：取代脲氮原子上的活性氫可以繼續(xù)與異氰酸酯基反應(yīng)生成二脲、三脲等，聚脲通常為白色的不溶物，因此可用苯胺檢驗(yàn)NCO基的存在。反應(yīng)溫度對脲的生成影響較大，如在制備縮二脲時，反應(yīng)溫度

17、應(yīng)不高于1000C。異氰酸酯基和胺的反應(yīng)常用于脂肪族水性聚氨酯合成時預(yù)聚體在水中的擴(kuò)鏈，此時胺基的活性遠(yuǎn)大于水的活性，通過脲基生成高分子量的聚氨酯。另外，位阻胺（如MOCA，即3，3-二氯-4，4-二氨基二苯基甲烷）活性適中，可以同預(yù)聚體的NCO基在室溫反應(yīng)。芳香族異氰酸酯基在100以上可以和聚氨酯化反應(yīng)所生成的氨基甲酸酯基反應(yīng)生成脲基甲酸酯。所以聚氨酯化反應(yīng)的反應(yīng)溫度應(yīng)低于100，以防止脲基甲酸酯的生成而導(dǎo)致支化和交聯(lián)。異氰酸酯還可以發(fā)生自聚反應(yīng)。其中芳香族的異氰酸酯容易生成二聚體脲二酮：該二聚反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，高溫時可以分解。在催化劑存在下，二異氰酸酯會聚合成三聚體，其性質(zhì)穩(wěn)定、漆膜干性

18、快，屬于高端的雙組分聚氨酯涂料的多異氰酸酯固化劑，預(yù)計其應(yīng)用將不斷增長。三聚反應(yīng)是不可逆的，其合成催化劑主要有叔胺、三烷基磷、堿性羧酸鹽等。二異氰酸酯合成三聚體時可以用一種單體也可以用混合單體，如德國Bayer公司的Desmoder HL就是TDI和HDI合成的混合型三聚體。三、異氰酸酯的反應(yīng)活性異氰酸酯的反應(yīng)活性主要受其取代基的電子效應(yīng)和位阻效應(yīng)的影響。1電子效應(yīng)的影響當(dāng)R為吸電性基團(tuán)時，會增強(qiáng)基團(tuán)中碳原子的正電性，提高其親電性，更容易同親核試劑發(fā)生反應(yīng)；反之，當(dāng)R為供電性基團(tuán)時，會增加基團(tuán)中碳原子的電子云密度，降低其親電性，削弱同親核試劑的反應(yīng)。由此可以排出下列異氰酸酯的活性順序：由于電子

19、效應(yīng)的影響，聚氨酯合成用的二異氰酸酯的活性往往增加。而當(dāng)?shù)谝粋€-N=C=O基團(tuán)反應(yīng)后，第二個的活性往往降低。如甲苯二異氰酸酯，兩個-N=C=O基團(tuán)活性相差24倍。但當(dāng)二者距離較遠(yuǎn)時，活性差別減少。如MDI上的兩個-N=C=O基團(tuán)活性接近。2位阻效應(yīng)的影響位阻效應(yīng)亦影響-N=C=O基團(tuán)的活性。甲苯二異氰酸酯有兩個異構(gòu)體：2,4-甲苯二異氰酸酯和2,6-甲苯二異氰酸酯，前者的活性大于后者，其原因在于2,4-甲苯二異氰酸酯中，對位上的NCO基團(tuán)遠(yuǎn)離CH3基團(tuán)，幾乎無位阻；而在2,6-甲苯二異氰酸酯中，兩個NCO基團(tuán)都在CH3基團(tuán)的鄰位，位阻較大。另外，甲苯二異氰酸酯中兩個NCO基團(tuán)的活性亦不同。2,

20、4-TDI中，對位NCO基團(tuán)的活性大于鄰位NCO的數(shù)倍，因此在反應(yīng)過程中，對位的NCO基團(tuán)首先反應(yīng)，然后才是鄰位的NCO基團(tuán)參與反應(yīng)。在2,6-TDI中，由于結(jié)構(gòu)的對稱性，兩個NCO基團(tuán)的初始反應(yīng)活性相同，但當(dāng)其中一個NCO基團(tuán)反應(yīng)之后，由于失去誘導(dǎo)效應(yīng)，再加上空間位租，故剩下的NCO基團(tuán)反應(yīng)活性大大降低。1.7 相變材料在紡織領(lǐng)域上的應(yīng)用 1.7.1 軍用服裝 儲熱調(diào)溫紡織品不但具有一般服裝紡織品的基本性能，而且可以在一定的環(huán)境下自動調(diào)節(jié)溫度，延長穿著的舒適性，因而越來越受到紡織行業(yè)的關(guān)注與重視。目前儲熱調(diào)溫纖維利用去在軍事上的應(yīng)用并已經(jīng)投入生產(chǎn)的主要有飛行員保暖手套、軍用作戰(zhàn)靴、潛水服以及

21、海軍陸戰(zhàn)隊冷卻服等。此外，調(diào)溫紡織品可應(yīng)用于軍事紅外線偽裝服，軍事應(yīng)用上的紅外波段分布為 0.75-3m 的近紅外和 3-15m 的遠(yuǎn)紅外。紅外熱像儀利用高于環(huán)境溫度的溫度都會向外發(fā)射紅外輻射而使之成像的原理進(jìn)行偵查，而調(diào)溫紡織品能緩沖人體散發(fā)的熱，降低熱紅外輻射，從而減少或消除目標(biāo)與背景的亮度差別達(dá)到偽裝的目的。儲熱調(diào)溫纖維及紡織品能夠在一定的溫度范圍內(nèi)緩沖人體散發(fā)熱量，減低熱輻射，有望在紅外偽裝領(lǐng)域起到一定的作用。 1.7.2 民用服裝 PCM 能夠吸收運(yùn)動員因劇烈運(yùn)動產(chǎn)生的大量熱量，從而使穿著者避免過快的體溫上升產(chǎn)生頭暈、乏力等不良癥狀。因此相變材料最適宜應(yīng)用于運(yùn)動服裝領(lǐng)域。此外，人體的

22、足部溫度一般都要低于體溫 23，并且腳在日常生活中總是處于運(yùn)動和靜止的交替狀態(tài)，因此將調(diào)溫紡織品用于制造鞋襯材料和襪子是維持足部溫度恒定，黃杰足部交替變化過程中溫度差異的一個有效的方法。相變調(diào)溫材料生產(chǎn)的民用紡織品，己經(jīng)逐步市場化。 1.7.3 床上用品，室內(nèi)裝飾 調(diào)溫紡織品可用做床單、被面和睡袋等床上用品，還可用于窗簾、地毯等室內(nèi)裝飾上。調(diào)溫織物在一定溫度內(nèi)，具有自動調(diào)節(jié)溫度的性能。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生波動時，相變調(diào)溫織物能通過儲存和釋放出一定量的潛熱維持環(huán)境溫度的水平平衡，減小溫度梯度，從而享受舒適的生活環(huán)境。同時采用調(diào)溫織物制備窗簾，能夠有效的減緩室內(nèi)溫度變化，有研究表明能量, 儲熱調(diào)溫窗簾與

23、不含相變材料的普通窗簾相比,其熱流量可降低 30%。 1.7.4 保護(hù)性裝置 PCM 還可以應(yīng)用在頭盔、膝蓋及肘部護(hù)墊等保護(hù)性裝置上。儲熱調(diào)溫織物可以適當(dāng)?shù)目刂七@些部位汗液的產(chǎn)生及排放。通過 PCM 的吸收存儲和重新分配再釋放身體的熱量調(diào)節(jié)身體局部溫度的平衡，減少濕熱的產(chǎn)生，從未提供適當(dāng)?shù)睦鋮s度，保護(hù)人體的健康?，F(xiàn)在具有儲熱調(diào)溫性能的化學(xué)靴、登山靴已經(jīng)面市。手套和調(diào)溫鞋墊也是調(diào)溫紡織品的重要用途之一，含有相變材料的手套還被應(yīng)用于足球守門員。 1.7.5 汽車內(nèi)織物 人的身體通過普通座椅與外界交換的熱、濕量少，易引起人體不適。含 PCM 織物的座椅，可吸收多余熱量，改善座椅的熱舒適性。汽車內(nèi)部采

24、用智能調(diào)溫紡織品作為內(nèi)襯同樣也可以為乘客提供溫度調(diào)節(jié)效果。B.Pause 對汽車內(nèi)部地板、座椅、車頂以及儀表盤等物品應(yīng)用儲熱調(diào)溫紡織品，研究結(jié)果顯示對于面積為 1.5m2 的車頂，車頂內(nèi)襯中相變材料能夠吸收大約 150J 的熱量；應(yīng)用于座椅的調(diào)溫紡織品不僅可以通過相變材料的相變吸收乘客多余的熱量，也減少了乘客身體濕氣的產(chǎn)生，同時也為汽車節(jié)約了能耗。 1.7.6 醫(yī)療衛(wèi)生用品 采用儲熱調(diào)溫纖維和紡織品用于制備醫(yī)療衛(wèi)生材料，前景樂觀。這主要由于手術(shù)過程中高強(qiáng)度、長時間的工作性質(zhì)及高密閉的工作環(huán)境所導(dǎo)致的。在這種極度長時間精神緊張的環(huán)境下體力消耗大，身體散熱難以排放，中暑事件時有發(fā)生。使用調(diào)溫隔離服

25、，可以提高工作效率和身體的舒適性及抵抗力。目前已經(jīng)進(jìn)行研究的頸套、枕芯具有醫(yī)療保健作用已經(jīng)得到證實(shí)；采用儲熱調(diào)溫織物作為繃帶相對普通繃帶可以使患者手術(shù)部位保持更加舒適的溫度和濕度，加速傷口的愈合，減少感染，為患者和醫(yī)護(hù)人員帶來福音。此外智能調(diào)溫織物還可以應(yīng)用于嬰兒尿布上，減小溫度波動幅度，增強(qiáng)嬰兒的舒適性1.7本研究研究目的和意義相變微膠囊的出現(xiàn)，帶動了蓄熱調(diào)溫織物的發(fā)展。含相變微膠囊的織物可以有效地改善人體與織物間的微氣候，增強(qiáng)織物的舒適性和功能性. 但是受到目前科技發(fā)展水平的局限，蓄熱調(diào)溫織物的熱調(diào)節(jié)功能不是無限的.只有當(dāng)織物周圍環(huán)境溫度不斷在其相變溫度范圍變化時，織物中的相變微膠囊才能最

26、大地發(fā)揮作用。為了進(jìn)一步增加相變材料微膠囊殼體的交聯(lián)密度，使得微膠囊相變材料的應(yīng)用更加廣泛，提出采用TDI和IPDI分別同多醚聚元醇反應(yīng)來獲得緊密性的微膠囊，在通過后整理的方法將制備的微膠囊相變材料整理到織物上，為了提高織物的蓄熱調(diào)溫特性，本工作從以下幾個方面研究：通過不同單體制備的微膠囊，確定制備微膠囊的最佳單體；通過實(shí)驗(yàn)，找到制備微膠囊的最佳溫度；探討粘合劑的用量對織物的蓄熱調(diào)溫的影響。第2章 實(shí) 驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)藥品及儀器2.1.1實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)使用的實(shí)驗(yàn)儀器、及生產(chǎn)廠家見表2-1所示。表2-1實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱生產(chǎn)廠家剪切乳化攪拌器上海標(biāo)本模型廠數(shù)顯電動熱恒溫水浴鍋北京科偉永興儀器有限公司臺

27、式電熱恒溫干燥箱天津市泰斯特儀器紅外線干燥箱上海光地儀器設(shè)備有限公司光學(xué)顯微鏡上海光學(xué)儀器有限公司點(diǎn)溫計優(yōu)德利有限公司電熱恒溫鼓風(fēng)干燥鼓風(fēng)箱北京科偉永興儀有限公司器2.1.2實(shí)驗(yàn)藥品及試劑本實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)藥品、規(guī)格及生產(chǎn)廠家見表2-2所示。表2-2實(shí)驗(yàn)藥品藥品名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家二乙烯三胺化學(xué)純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司IPDI化學(xué)純上海天虹化學(xué)試劑有限公司SMA工業(yè)品自制TDI化學(xué)純天津市富宇化學(xué)試劑廠硬脂丁酸酯化學(xué)純天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所多醚聚元醇化學(xué)純西安工程大學(xué)輕化工程實(shí)驗(yàn)室蒸餾水純凈物西安工程大學(xué)輕化工程實(shí)驗(yàn)室粘合劑化學(xué)純西安工程大學(xué)輕化工程實(shí)驗(yàn)室2.2聚氨酯微膠囊制備方法及工藝2.

28、2.1聚氨酯微膠囊的實(shí)驗(yàn)配方本實(shí)驗(yàn)是采用界面聚合的方式合成微膠囊相變材料。以硬脂丁酸酯為芯材，分別以甲苯-2，4-二異氰酸酯（TDI）、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)和聚醚多2.2 微膠囊制備工藝流程 本實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用界面聚合法制備微膠囊相變材料，采用的工藝流程如圖 2-1。 在恒溫水浴中，將芯材（硬脂酸丁酯）和壁材單體甲苯-2，4-二異氰酸酯（TDI）（或異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI) )，加到溶有乳化劑的水相中，進(jìn)行充分乳化，形成 O/W 乳液。向乳液中緩慢滴加水溶性壁材單體多醚聚元醇的水溶液，在30下保溫30分鐘后，將水浴升溫到指定溫度，使兩類壁材單體在液滴界面快速反應(yīng)形成微膠囊包裹層。充分

29、反應(yīng)后，將產(chǎn)物抽濾、干燥，即制得微膠囊相變材料。指定溫度 5h多醚聚元醇30 30過濾，干燥相變微膠囊整理工藝 整理劑配方：聚氨酯型相變微膠囊乳液（自制，固含量15%）；粘合劑：15%；工藝流程：浸軋整理液（二浸二軋，40）預(yù)烘（80 × 5min）焙烘（溫度140；時間 60140s）。2.2微膠囊的制備方法組別反應(yīng)溫度()TDI150260370硬脂酸丁酯微膠囊相變材料的測試微膠囊的形貌觀察對本實(shí)驗(yàn)制備的硬脂酸丁酯微膠囊相變材料使用光學(xué)顯微鏡(重慶奧浦科技有限公司)對其表面大致形貌進(jìn)行觀察;采用 KYKY-2008B型 SEM(北京中科科儀公司)對聚合后微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)及表面形貌

30、進(jìn)行觀察分析。微膠囊耐熱穩(wěn)定性的測試稱取經(jīng)充分干燥后的微膠囊2-3g,在120條件下持續(xù)烘1h,用電子天平稱其質(zhì)量, 據(jù)烘干前后質(zhì)量的變化, 來計算微膠囊的重量損失率, 用以測定微膠囊的耐熱穩(wěn)定性。重量損失率計算公式:重量損失率=×100%微膠囊整理織物后的溫度測試使用熱敏溫度計對整理后的織物的保溫性能進(jìn)行測試。整理劑固著率計算整理劑固著率=×100%相變微膠囊整理前后織物的升溫曲線對本實(shí)驗(yàn)整理的相變微膠囊織物使用點(diǎn)溫計每隔5秒織物的溫度，做出織物上的溫度隨時間變化的曲線。結(jié)果與討論不同溫度下制備的微膠囊整理織物的保溫效果測試在其他條件保持不變的情況下，縮聚反應(yīng)溫度升高會對

31、粒徑尺寸及其分布產(chǎn)生顯著影響，溫度過高，聚合反應(yīng)速率加快，作為微膠囊壁材的聚合物的分子量急劇增加，致使囊壁形成太快，過厚，同時將若干易形成的微小膠囊包裹成多芯型膠囊，因此造成微膠囊粒徑過大，分布過寬。本實(shí)驗(yàn)采用反應(yīng)溫度為50為第一組，60為第二組，70為第三組，按照表3-8中所示。表2-8 TDI+多醚聚元醇(500)不同溫度下的分組情況組別乳化劑用量/ml石蠟/gTDI/g多醚聚元醇(M500)反應(yīng)溫度/130242302433024圖片從圖 中不同溫度的對比可知，60條件下反應(yīng)時微膠囊化產(chǎn)率最高，70其次，50最低。這是因?yàn)樵跍囟鹊陀?60時，甲苯二異氰酸酯中 2 位上的NCO 活性太低，

32、參與反應(yīng)的NCO 較少，所以導(dǎo)致微膠囊化產(chǎn)率較低；而在溫度高于 60時，NCO 與醇類反應(yīng)活性提高的同時，NCO 水解反應(yīng)的活性同時也提高，導(dǎo)致參加聚氨酯聚合反應(yīng)的有效NCO 量減少，微膠囊化產(chǎn)率較低；當(dāng)反應(yīng)溫度在 60時，NCO 與醇類具有較高的反應(yīng)活性，同時水解副反應(yīng)發(fā)生較少。所以，反應(yīng)最佳溫度為 60。組別乳化劑用量/ml石蠟/gIPDI/g多醚聚元醇(M500)反應(yīng)溫度/130242302433024圖片由圖3可得，在60時，微膠囊表面形態(tài)光滑，粒徑分布均勻，且大多數(shù)為中性顆粒，且大多數(shù)為中型顆粒，說明此時的微膠囊的表面形態(tài)最優(yōu)，包裹效率最高。所以粘合劑濃度對織物增重的影響使用在60下

33、TDI和多醚聚元醇(M500 )制備的微膠囊整理織物，測定不同粘合劑與織物增重的關(guān)系。表2-1 不同濃度粘合劑整理織物的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表組別整理前織物重(g)整理后織物重(g)粘合劑濃度(g/L)浸軋溫度()軋車壓強(qiáng)(MPa)預(yù)烘溫度()焙烘溫度()浴比微膠囊的濃度(g/L)11.051.0730400.158012040:110021.031.0940400.158012040:110031.101.2150400.158012040:110040.991.1660400.158012040:110051.061.2370400.158012040:110061.031.1980400.15801

34、2040:1100圖1 粘合劑的量對織物增重的影響由圖1 可以看出，在微膠囊添加量一定的條件下，經(jīng)過浸軋整理的織物增重與粘合劑濃度有關(guān)。當(dāng)粘合劑濃度為從30g/L 增加到60g/L 時，隨著粘合劑的濃度增大，；當(dāng)粘合劑濃度達(dá)到60g/L后織物增加的質(zhì)量幾乎沒有什么變化?？椢镌鲋刂饕c溶液中固體含量的濃度有關(guān)，當(dāng)粘合劑濃度增大時，溶液中的固體含量也相應(yīng)增多，當(dāng)織物經(jīng)過烘焙處理后，固著在織物上的固體含量增多，織物增重明顯。而隨著粘合劑濃度的不斷增大，溶液的濃度逐漸趨于飽和，而溶液中加入的微膠囊粒徑較大，在過飽和的溶液中不能完全分散，容易出現(xiàn)沉降，影響了浸軋后織物增重。焙烘時溫度對織物整理效果的影響

35、微膠囊相變材料在織物上的耐洗性能是測試調(diào)溫織物實(shí)際服用性能的重要指標(biāo)，而采用浸軋法制得織物的耐洗性能與粘合劑在織物上的固著牢度有很大關(guān)系，焙烘條件又是粘合劑在織物上的固著牢度的重要影響條件。因此，首先固定焙烘時間為 120s，使用60下TDI和多醚聚元醇(M500 )制備的微膠囊整理織物在不同焙烘溫度（分別為100，110，120，130）對耐洗性能的影響。組別水洗前織物重(g)水洗后織物重(g)粘合劑濃度(g/L)浸軋溫度()軋車壓強(qiáng)(MPa)預(yù)烘溫度()焙烘溫度()浴比微膠囊的濃度(g/L)11.161.0530400.158010040:110021.030.9440400.158011040:110031.091.0350400.158012040:110041.211.1650400.158012040:110041.131.0780400.158013040:1100從圖 4.3 中可以得出，隨著焙烘溫度的增高，耐洗性能逐漸增加。這是因?yàn)楸汉鏈囟容^低時，粘合劑與纖維之間交聯(lián)不充分，在水洗過程中經(jīng)過機(jī)械摩擦，相變微膠囊產(chǎn)生脫落，而焙烘溫度的增加有助于粘合劑與纖維之間充分交聯(lián)，從而使相變微膠囊更加牢固的固著在纖維表面?？紤]到節(jié)約能源等因素焙烘溫度為120最合適?？椢镎{(diào)溫性能的