微胶囊相变材料在织物上的应用

微胶囊相变材料在织物上的应用

0相变材料的选择所谓转化材料，是指能够在四种转化过程中产生任何物质，例如固固、固液、液或固气。它可以吸收和释放大量变质潜热材料。本试验采用石蜡作为相变材料,将其微胶囊化再整理到纺织品上,从而获得具有蓄热调温的功能。采用差示扫描量热法(DSC)对调温织物的潜热值及相变温度进行检测,当该微胶囊内的材料发生相变时,产生热效应,通过相变材料吸收和释放的热量,研究相变过程中潜热的变化情况。1试验部分1.1化学试剂及乳化剂纯棉织物14.76tex×14.76tex,520根/10cm×394根/10cm,140g/m石蜡(江苏汉诺斯化学品有限公司),乳化剂S-80、K12(江苏汉诺斯化学品有限公司),黏合剂(常州美胜生物材料有限公司),三聚氰胺预聚体(自制),氨水(分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司),乙酸(分析纯,国药集团化学试剂有限公司)WL500CY乳化剂(上海威宇机电制造有限公司);Pyris800差示扫描量热仪(美国PerkinElmer公司),XQG50-810A全自动滚筒洗衣机(青岛海尔滚筒洗衣机有限公司),DHG-9075A型电热恒温鼓风干燥箱(上海慧态仪器制造有限公司),强力轧染机(厦门瑞比精密机械有限公司),YG606D型平板保温仪、YG(B)461D型织物透气仪(温州方圆仪器有限公司),YG026B型电子织物强力机(常州市双固纺织仪器有限公司),HT-820红外测温仪(宁波纺织仪器厂)将适量的乳化剂S-80和K12溶解,加入一定量的石蜡,在高速剪切机中以13000r/min乳化5min,用30%乙酸调节pH值至4.5,预乳化完毕后倒入四口烧瓶中,开动搅拌,常温下滴加壁材三聚氰胺预聚体,滴加结束后,升温至65℃,保温2h,降至室温,用氨水调节pH值至8,出料,备用。1.3织物整理工艺将制得的微胶囊悬浮液与水以一定比例混合均匀,配制成整理液,采用浸轧方法对织物进行整理。浸轧方法为:一浸一轧(浸轧→烘干);二浸二轧(浸轧→烘干→浸轧→烘干)。1.4分类后织物的性能1.4.1整理后织物的热性能采用Pyris8500型差示扫描量热仪测试整理后织物的热性能,升温速率为5℃/min,测试温度区为-10~60℃,气氛为氮气。1.4.2抗水洗性能测试按GB/T8629—2001《纺织品试验用家庭洗涤干燥程序》标准测定。1.4.3拉伸性能测试将普通织物与调温织物沿经纬向剪成5cm×25cm大小的试样,在YG026B型电子织物强力机上测定织物的拉伸性能,测定3次,取平均值。1.4.4表面温度测定及绘制曲线将普通织物与调温织物同时放在保温板上,用红外灯照射30min后冷却;再每隔1s用红外测温仪测定织物表面温度,记录并绘制降温曲线;将调温织物与普通织物置于15℃的恒温环境中,分别放于40℃的平板保温仪上,每隔1s用红外测温仪测定织物表面的温度,记录并绘制升温曲线。2结果与讨论2.1石蜡与克氏原螯虾的变质温度不同图1所示为石蜡和微胶囊石蜡的热分析图。从图1可以看出,制备的微胶囊相变材料发生了二次相变过程,与石蜡的物理性质相似,相变温度与石蜡的相变温度相近;石蜡的潜热值为142.66J/g,制备的微胶囊相变材料的潜热值为48.74J/g,由潜热值计算微胶囊中相变材料的质量分数:式中:ΔH(microPCM)———微胶囊相变材料的潜热值ΔH(PCM)———相变材料的潜热值由此计算出微胶囊相变材料中石蜡的质量分数为34.17%。2.2微胶囊粘合剂处理技术对热性能的影响2.2.1调温性能测定以涤纶织物为例。浸轧方式会影响调温织物的潜热值,浸轧次数越多,织物纤维(以涤纶织物为例)吸收固着的微胶囊相变材料越多,潜热值越高,因此调温性能越好。自制的相变微胶囊与黏合剂以3∶1混合,配制成质量浓度为250g/L的整理液,分别计算织物一浸一轧和二浸二轧的带液率及织物增重率,结果见表1。由表1可知,二浸二轧的织物增重率明显高于一浸一轧的,说明织物中负载了大量的微胶囊相变材料,这意味着二浸二轧更有利于将微胶囊相变材料吸附进织物纤维中。因此,建议选择二浸二轧的工艺。2.2.2微胶囊用量对织物潜热值的影响织物纤维上附着的微胶囊PCM的含量决定了织物的储能性能。试验不同质量浓度的微胶囊PCM对整理效果的影响,结果见图2。由图2可知,织物的潜热值先随着整理剂中微胶囊用量的增加而提高,当微胶囊用量达250g/L时,其潜热值达到最大,为18.60J/g;继续增加微胶囊用量,织物的潜热值则下降。这是因为当微胶囊用量过多时(如300g/L),微胶囊整理剂溶液较黏稠,纤维不能完全吸附微胶囊整理剂,因此单位面积织物上的微胶囊含量降低。2.2.3织物潜热值在烘干时间为120s时,不同烘干温度(90℃,100℃,110℃,120℃,130℃)对织物潜热值的影响,结果见图3。由图3可知,随着烘干温度的提高,织物潜热值逐渐增加,这是因为提高烘干温度有助于黏合剂与织物纤维间的充分交联;当烘干温度达到110℃时,织物潜热值最高,说明固着在织物纤维上微胶囊PCM量达到最大;继续升高温度,相变材料则会气化挥发,因此整理后织物中相变材料有效含量减少,则其潜热值降低。因此,烘干温度以110℃为宜。2.2.4织物潜热值s设定烘干温度为110℃,不同烘干时间(80s,100s,120s,140s,160s)对织物潜热值的影响见图4。由图4可知,随着烘干时间的延长,织物的潜热值增加,因为黏合剂与织物纤维的交联反应需要一定时间,时间过短,交联不充分,潜热值也较低;当烘干时间为120s时,织物潜热值达到最大,为17.78J/g;烘干时间过长,相变材料气化过多。因此,选择烘干时间120s为宜。2.3整理织物的性能将相变材料微胶囊与黏合剂3∶1混合后,选取用量为250g/L,二浸二轧,110℃烘120s,分别对纯棉织物和涤纶织物进行整理,测试织物的耐洗性、透气性、力学性能及调温性能。2.3.1纯棉织物的dsc将调温织物分别水洗1次、2次、3次后,测试织物的潜热值变化,见图5。图5(A)为原布与洗涤1、2、3次后织物的DSC对比谱图,涤纶调温织物的潜热值为17.66J/g,洗涤1、2、3次后的潜热值分别为17.18J/g(33.99℃)、16.79J/g(34.16℃)、16.45J/g(33.74℃)。图5(B)为纯棉织物的DSC图,水洗前的潜热值为10.23J/g(34.31℃),洗涤1、2、3次之后的潜热值分别为9.79J/g(33.42℃)、9.14J/g(33.14℃)和8.41J/g(33.11℃)。这说明调温织物具有一定的耐洗性,在涤纶织物上的效果更佳。2.3.2聚合物整理工艺表2为纯棉织物整理前后的力学性能,浸轧整理液在织物内部形成一层聚合物膜,对织物纤维及本身起到增强力学性能的效果,因此织物的撕裂强度及断裂强度增加,且延展性能增强。2.3.3调温织物的降温特性经微胶囊相变材料整理前后涤纶与纯棉织物的升温和降温曲线,如图6所示。由图6可知,在温度高于相变材料的相变温度时,相变材料并未发生相转变,但是由于调温织物较普通织物致密,因此,其降温速率仍低于普通织物;当温度继续下降时,微胶囊中的相变材料在降温过程中会释放大量潜热,从而减缓了织物的降温速率,因此,在相同的降温条件下,调温织物的降温速率较普通织物明显变缓,两者织物表面温差也逐渐增大,纯棉织物与涤纶织物的降温速率相差无几。图6(B、D)为涤纶织物、纯棉织物与普通织物的升温曲线,与未整理织物相比,升温速率较慢,在75s时,两者温差达到最大,随着温度的继续上升,两者温度趋于平缓,最终与普通织物相同,涤纶织物的升温速率较纯棉织物略快。3整理后织物的调温性能(1)通过工艺试验,确定微胶囊相变材