耐高温相变材料微胶囊及熔纺高储热量储热调温纤维

1、2010年第2期TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 1 9创新技术张兴祥（改性与功能纤维天津市重点实验室、天津工业大学功能纤维研究所 天津300160）耐高温相变材料微胶囊及熔纺高储热量储热调温纤维矣】介绍了一种准15-45 %：范田内具有高借热量的纤维倚然調温纤维（俗称空调纤维）和一种耐高温 相变材料徵胶t（MicroPCMs）的制备技术及应用推广情况。该纤维可显蓊改鼻服装的舒适桂，对实现低减”经济 和'低减”消费提升服装和建材产品KI际市场竞争力具有圭大的意义。【吳被饲】功能坏维及性舒适性相变胶童1 研发背量一种，具有双向温度调节作用叫其主要作用是改善纺织

2、品和服储热调温纤维仃hermo-regulated fiber）M于智能纤维的装的舒适性，它是将相变储热材料与纤维和纺织品制造技术相吻呗20叭3：丁结合开发出的高新技术产品。储热调温纤维能够根据外界环境2010年第2期TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 1 9创新技术2010年第2期TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 1 9创新技术高患者内生肌酹清除率，改善CRF患者的肾脱功能。首次创立了应用补肾:舌血法治疗肾间质纤维化的中医理 论。根据“肾虔血瘀”的病理机制研制的以补肾活血法为大法 的相关中药组方，也为中医药治疗脏器纤维化提供了新的思 路。

3、首次对马兜铃酸方病提出了中医辨证分型。将马兜铃酸肾 病分为3个类型：脾肾阳虚，肝呂阴虚，湿热壅阻。补肾活血法 治疗肾间质纤维化临床应用研究：选取了以肾间质纤维化为 主要病理改变的马兜铃酸肾病忠者，采用补肾活血法辨证治 疗，检测了 BUN、Scr、24h采蛋白定量、血尿、尿糖、卩2微球 蛋白以及尿潘透压等生化指标，总有效率达81,5%o提示补肾 活血法对马兜铃酸肾病具有较良好的疗效。补肾活血法中药在抑制系膜细胞增殖，减少细胞外基质 积聚，防治肾小球硬化方面的确切疗效，为中医治疗慢性进行 性肾小球疾病开辟一条新途径，也为中药治疗脏器硬化提供 一个新思路。补肾活血法对系膜增生性肾小球肾炎治疗作用 的

4、临床疗效研究：观察补肾活血法中药治疗系膜增生性肾小 球肾炎，分别通过病理分型、临床分型以及中医辨证等多角 度，经24 h尿彊白定址、肾功能等实骏室检査证实，补肾活血 法中药在治疗慢性肾炎导致肾小球硬化方面的疗效确定。3补腎活血法相关复方的中药学及药剂学研究方面密衰排毒颗粒率先使月大黄炭等炭类药以加强其排毒作 用，并目重用虫草、生黄茂、丹參、川夸等药，突出了补骨.活血 的功效。在肾衰排毒颗粒制刑工艺中将先进的脱钾工艺应用于制 药过稈中，克服了 CRF更老因血钾升离而不能服中药的眸 X11J腎衰排毒颗粒是一种单剂型、多功能、疗效可养的药物， 服用方法简便，可使患者免除灌肠之苦。4结语自开展“补骨活

5、血法治疗慢性肾脏疾病”系列研究以来， 已为上万例肾胎病患者应用补肾活血法中药进行了治疗包 括各种类型急、慢性,胃炎、缠尿病肾病、貨病综合征、高血压腎 病.马兜铃酸肾病、肾间质纤维化、狼疮肾、肾盂肾炎以及各期 慢性肾功能衰竭等，其中垂点对慢性肾小球背炎、肾间质纤维 化和慢+±肾功能哀竭进行了系统观察，通过现代医学病理分 型.普適采用的临床分型以及传统医学辨证论治等内容进行 了多方位、多角度研究，经过实验室检意、临床症状和生活质 量等方面的比较，均较治疗前和对照组有显著改善，从不同侧 面验证了补肾活血法通过保护健存肾单位，改董肾脏供血等 方面的作用，发挥在慢性肾肌疾病中的临床疗效。补肾活

6、血法 在慢性肾脏疾病中的应用，经过长达17年的研究，通过临床 观察和基础实验等研究内容，从病理分型、临床类型以及中医 辨证分型等多角度脸证了补肾活血法治疗慢性肾小球疾病、 肾小管疾病和留功能袁竭的确切疗效，为慢性肾脏疾病的治 疗提供了新的方法，也为其他胧為硬化和纤维化的治疗提供 了新的思路。近些年来，课题组主要成员先后在（Journal of traditional Chinese medicine、中医杂志、中国中西医结合杂志、 中草药、中华中医药杂志 、中国中医基础医学杂志、中 国中西医结合急救杂志、中国实验方剂学杂志、中国中西 疾结合肾病杂志、上海中医药杂志等专业核心期刊上发表 相关论文

7、近50篇，得到了广泛关注，并被数百次引用。补肾 活血法”系列课愆先后荻得天漳市科技戒畢4励，苴中3项国 际先进水平项国内领先水平，获得省部级科技进步一等奖 1项，二等奖4项、三等奖1项；并出版了中医补肾活血法研 究和补肾活血法与肾脏疾病等专著；另外根据补肾活血法 理论，获得了治疗慢性肾炎、慢性肾衰等疾病的国家发明专利 3项。2010年第2期TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY 1 9创新技术2010年第2期TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY创新技术2120创新技术2010年第2期TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOG丫201

8、0年第2期TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY创新技术212010年第2期TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY创新技术21温度的变化，伴随纺织品中所包含的相变材料发生液-固可 逆变化，从环境中吸收热屋储存于纺织品内部，或放出纺织品 中储存的热量，在纺织品周围形成温度基本恒定的微气候，从 而实现温度诡节功能叫 储热调温纺织品的这种吸热和放热过 程是自动的、可逆的、无限次的。相变材料微胶W（MicroPCMs）就是将待定温度范围的相 变材料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，制成直径在1 - 100 pm之问常态下稳定:的固体微

9、 粒，这种包襄后PCM性质不受影响的固体微粒就® Mi- croPCMs叫可有效餌决相变材料的泄漏及其与周團材料界面 等问题（结构示意图如图1 当环境温度僞离PCM的相变洌 度时，胶囊内的PCM将会吸收或放出热星，发牛固-液或液 -固相转变，从而维持环境温度的稳定性。MicroPCMs作为一种核/壳结构的有机功能材料，其囊 壁厚度只有几到数十纳米，耐热稳定性、化学稔定性和尺寸稳 定性与无机功能材料相差甚远，表现在纺丝或后处理过程中相 变材料从囊呈中容易逸出、汽化、氧化分解，或囊爭自身发生交 联脱除小分子，或与高分子、聚合物溶液发生反应，或微胶激在 螺杆输送、泵送、过滤、喷丝挤出过程中

10、发生变形，形成扁平的 饼状，造成过滤网、喷丝板堵寨，使纺丝时间缩短，纤维中MicroPCMs 含fit降低叫ShellCore图1 胶豪结构示熾0B本文介绍了采用MicroPCMs的粒径控制技术，囊壁材料 和微胶袈预处理技术，制备耐热稳定性、化学稳定性和尺寸稳 定性良好的MicroPCMs的方法和意义，以及采用特殊的纺丝 设备和纺丝温度控制技术实现多品种储热调温纤维的产业化 应用和推广。2技术创新点采用无机功能材料微粉改性化学纤维制备功能纤维已经 获得了广泛的应用相对于无机功能材料具有良好的耐热稳定 性、化学稳定性和形状稳定性,有机功能材料耐热温度低、化学 稳定性差、尺寸稳定性差，如本课題所使

11、用的原料之正十八烷（n-Octadecane）的熔点为28.2 °C、闪点为166七、自 燃点为265七、沸点为316%：,用于改性化学纤维面临极大困 难。本课题成功地解决了这一率题，发明了制备功能纤维新品 种一储热调温纤维技术。主要有以下3个发明点： 2.1核心发明点本课题发明了一种在15-45 r范围内（室温或皮肤温度 上下）具有高储热豪功能的纤维储热调温纤维及其制备技 术.具体是以低耐热性的有机功能材料MicroPCMs为功 能性添加成分，以常规的高分子、聚合物为基材，MicroPCMs 与成纤聚合物的质比为（1040）:（9060）,采用熔融共 混、熔融芯/鞘复合或溶液纺丝工

12、艺制成。本技术已成功地应用于熔纺法制备储热调温纤维，如，以 聚丙烯为勒材，含有MicroPCMs的聚乙烯为芯材，采用特殊 结构的喷丝板旬熔体控温技术，通过熔融芯/鞘复合纺丝工艺 制备出了 MicroPCMs质量分数为24%的储热调温纤维叫相 变材料微胶U在经历熔纺过程后以圆球状宪整存在于程绕丝 芯层中（图2）。随着纤维中MicroPCMs含的增力0,纤维的储 热调温能力显署増加。其吸、放热温度范團处于人体感到舒适 的温度范围内，熔融温度范働为29.0381七，结晶温度范围 为23.914.4左右（表1 ），根据使用温度环境的不同可以 分成多个级别的产品，通过复合纺丝工艺或一般纺丝工艺制备 出了

13、相变热焙达到2045 J/g的储热调温纤维。2.2直要发明点本课题在国内外首次提出采用共聚物義壁.有机硅it壁， 以及在囊芯中添加体积分数为5%50%的易挥发性物质，并 在一定的温度下进行热处理以提高微胶家的耐热稳定性，将 MicroPCMs-的耐热温度从160七提高至289七叫 成功地解 析了差示扫描量热仪（DSC）测得的多重结晶峰的机理叫筛选 出适宜的成核剂，确定了成核剂的最佳含录，有效地抑制了相 变材料微胶K的过冷结晶，将MicroPCMs的吸、放热温度范 围控制在人体感到舒适的温度范围内。图2 （a）纤维的截面SEM照片（b）戡面的放大SEM照片2.3其他更要发明点传统的天然纤维（如棉

14、、麻、丝、毛）和化学纤维（如涤纶、锦 纶、席纶及人造纤维等）纺织品的保温能力是由其包含的静止 空气的宦决定的，在皮肤温度上下不具有吸、放热功能。人体的 正常体内温度为37.0± 0.5 X,若体内温度升高或降低2.0 T, 都将是后果严垂的。处于热平衡时，人体皮肤感觉最舒适的温 度为33.4弋，身体任何部位的皮朕温度与皮肤平均温度差在 1.53.0七，人体感觉不冷不热，若温度差超过±4.5七，人体 将有冷热感。为了保持人体舒适性，需要根据环境泡度、湿度、 风速和光照等夕、界环境的变化及时墳减衣服，以保持产热和散 热的平衡。而现实主活中及时增减衣物有时是难以实现的，因 此，研

15、究貝有温度调节功能的纤维织物对改善服装纾适性意 义垂大。表1 储热调温纤维的相变性能纤维 编号纤维墓材MicrnPCM 理论含fit /%熔融混度Tjr熔阪热焙AH./J-g结晶温 度17花结晶热焙AHVJ-g1FI卜i烯脂按枝 牛奶査白 253&12419.622F2纤维索2431.11223.910F3丙烯購-丙 烯酸甲曲共 聚物2527.32320.225F4聚丙烯、聚 乙烯2830.92822.034E5丙烯睛-偏 氯乙烯共聚 物4029.04714.448本课2S通过在聚合物熔体、离分子或聚合物纺丝原液中 加入平均克径0.8 pm的MicroPCMs叫采用独特的纺丝工 艺制成

16、在1545七范围内具有热能吸收、储存和释放功能的 新型纤维，在不借助任何附加设备或元件的情况下，实现了纤 维.纺织品和服装的智能调温功能，即在环境温度由低于、升 离到相变材料的固-液相变温度时，相变材料吸热并储存于 纤维内部，当环境温度由高于、降低到相变材料的液-固相变 温度时，纤维释放出储存的热St。在相变材料发生固-液或液 -固相变过程中，其温度保持基本襪定，从而使纤细周围的微 代候温度保持相对恒定，是一项智能纤维制备技术。3应用范围采用本技术开发的耐高温正构烷灼微胶囊系列产品和调 温纤维及非织造布已应用于制备储热调温牛奶蛋白纤维叭羊 绒纱、调温T恤衫、儿至毛衣、储热调温粘胶长丝和短纤维。

17、另外，本技术已成功地应用于熔融复合纺丝法生产储热 调温丙纶，并生产出了系歹J恒温夹克、恒温衬衣、牛仔服和恒 温被等产品。应用本技术生产的储热调温纤维非织造布已应用于新型 飞行服。经中国人民解放军特种防护服装质检测中心检测， 研制出的防寒抗滉服的保温性能与采用羊绒絮片服装相当， 透气和透漫性能优于采用羊绒絮片服装。同时防寒抗浸服在 2035七具有温度调节功能，在环境温度高于服装内部温度 时具有3七作用的降温功能；在环境温度低于服装内部温度 时，具有3七左右的升温功能。4经济效益和杜会效益本技术可用于生产丙烯購接枝牛奶蛋白、粘胶、丙纶、席 纶、阻燃臍氯纶等多种基材的储热调温纹维，纤维的储热杲 进纤

18、维的2倍以上，价格相当或低丰进口产品，可替代进 ，利润率超过25%,创造了良好的经济效益。储热调温纤维 和相变初料微胶義推广应用有利于实现低碳经济和低嗾“ 消费、可持续发展，提升服装和建材产品国际市场竞争力。低 耐热性有机功能材料改性功能纤维技术可在行业内推广，促 进提升全行业的技术水平，产生了良好的杖会效益。参考文献1张兴祥朱民備新型保温.调温纤维和纺织品J产业用纺 织晶 1996. 14(5)：4-7.2JTA0 Xiaoming.Smart Fibers, Fabrics and Clothing： Fundamenta Is and ApplicationMJ.Cambridge, E

19、ngland: Woodhead Publishing Limited,2001.3 Charunyakora P.Sengupta S.Roy S.K Forced convention heat transfer in m icroe oca psu la ted phase change material slurries：flow in circular ducts J International Journal of Heat and Mass Transfer, 1991.34：819-E33 4 Zhang X. * X.tWang X.C.,Tao X.Energy storagepolymer/MicroPCMs blended chips and thermo-r