環(huán)保型微膠囊在服裝面料上的應(yīng)用

曹雨婷 陳旭 丁林靜 石蕊 戴鈺享

摘要：針對(duì)消費(fèi)者對(duì)于服裝面料綠色環(huán)保、穿著舒適的普遍需求，以海藻酸鈉和相變材料為原料制備相變微膠囊，并將制備所得微膠囊涂敷在服裝面料表面，制得了一種可主動(dòng)調(diào)節(jié)微環(huán)境溫度的服裝面料。使用掃描電鏡（SEM）、差示熱掃描量熱儀（DSC）對(duì)相變微膠囊的外貌形態(tài)和熱性能進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：將環(huán)保型微膠囊涂覆至服裝面料的表面可明顯改善織物的調(diào)溫性能，提升人體的穿著舒適度。

關(guān)鍵詞：服裝面料;綠色環(huán)保;復(fù)合織物;相變微膠囊

微膠囊的制備技術(shù)始于20世紀(jì)30年代，在20世紀(jì)70年代中期得到了迅猛發(fā)展。如今微膠囊技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、藥物、涂料、食品、生物、化工等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。[1-4]微膠囊技術(shù)是指利用成膜材料將固體、液體或氣體進(jìn)行包覆，形成直徑約為幾十微米至上千微米微球的技術(shù)。[5]該技術(shù)克服了相變材料在單獨(dú)使用時(shí)可能出現(xiàn)的泄露、污染環(huán)境等問題。

相變材料按照相變過程通常可分為“固-固”相變材料、“固-氣”相變材料、“固-液”相變材料和“氣-液”相變材料四種類型。其中，“固-液”相變材料的應(yīng)用最為普遍，來源也相對(duì)廣泛?！肮?液”相變材料是通過固相和液相的相變而進(jìn)行可逆的能量的儲(chǔ)存和釋放。[6-8]石蠟是目前應(yīng)用最為廣泛的一類“固-液”相變材料，具有低腐蝕性、低成本、無明顯過冷結(jié)晶現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)。[9-10]海藻酸鈉是一種具有綠色環(huán)保、廉價(jià)易得等特點(diǎn)的化合物，其與鈣離子在室溫條件下可生成海藻酸鈣凝膠。[11-12]

本實(shí)驗(yàn)以石蠟為芯材、海藻酸鈉為壁材、氯化鈣為凝固劑制備環(huán)保型微膠囊，并將微膠囊整理至服裝面料的表面，利用掃描電鏡（SEM）、差示熱掃描量熱儀（DSC）等對(duì)相變微膠囊的外貌形態(tài)和熱性能進(jìn)行分析。

1? ? 實(shí)驗(yàn)部分

1.1? 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)材料和儀器包括：石蠟;海藻酸鈉;無水氯化鈣;表面活性劑;純棉面料;分析天平;傅里葉變換紅外光譜分析儀;機(jī)械攪拌器;恒溫水浴鍋;光學(xué)顯微鏡;差示熱掃描量熱儀;臺(tái)式掃描電子顯微鏡;真空冷凍干燥機(jī)。

1.2? ?環(huán)保型微膠囊的制備

稱取一定質(zhì)量的石蠟，放置在35 ℃的恒溫環(huán)境下，加入一定量的乳化劑，用攪拌器以1 500 r /min的速度攪拌10 min，得到乳白色的石蠟乳液;稱取一定質(zhì)量的海藻酸鈉，加入蒸餾水并在50 ℃恒溫環(huán)境下進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁涑浞秩芙夂蟮玫降S色的海藻酸鈉溶液;之后將石蠟乳液加入至海藻酸鈉溶液中進(jìn)行充分的攪拌，得到預(yù)備乳液;通過注射劑將預(yù)備乳液勻速滴加至凝固浴內(nèi)，使得海藻酸鈉固化得到微膠囊;將微膠囊冷凍干燥處理后得到環(huán)保型微膠囊。

1.3? ? 環(huán)保型微膠囊服裝面料的制備

將包含有相變微膠囊的黏合劑、消泡劑和分散劑的混合液加入覆膜槽中，將服裝面料浸在整理池中一段時(shí)間。

1.4? ? 蓄熱調(diào)溫性能測(cè)試

1.4.1 外貌形態(tài)測(cè)試

采用日本日立公司的TM-1000型掃描電子顯微鏡來觀察相變微膠囊的微觀形貌，并通過粒徑分析軟件來統(tǒng)計(jì)相變微膠囊的粒徑分布情況。

1.4.2 DSC性能測(cè)試

采用德國NETZSCH公司的200F3型差示熱掃描量熱儀，測(cè)試相變微膠囊和復(fù)合織物的相變溫度、相變潛熱等性能參數(shù)，測(cè)溫區(qū)間為 -10 ～60 ℃，升溫速率為5 ℃/min，氣氛為N2（50 ml/min），參比物為A12O3。

1.4.3降溫性能測(cè)試

取適量織物試樣置于恒溫恒濕環(huán)境（溫度=35 ℃，濕度=45 %）中24 h。待溫度和濕度穩(wěn)定后，將織物試樣置-5 ℃的低溫環(huán)境中自然降溫，通過紅外測(cè)溫儀來測(cè)定織物的表面溫度;在每一樣品的不同部位各測(cè)3次，結(jié)果取其平均值，并依據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制降溫曲線。

2? ? 結(jié)果與討論

2.1? ? 外貌形態(tài)測(cè)試結(jié)果

可以看出，相變微膠囊呈圓球形，表面較為光滑，包覆程度較高，基本沒有發(fā)生破裂。通過目鏡分析可以得到，微膠囊的平均粒徑為122.4 μm，集中分布在100～270 μm的范圍內(nèi)，并且呈現(xiàn)出正態(tài)分布的特征。

2.2? ?DSC測(cè)試結(jié)果

可以看出：相變微膠囊的相變溫度為26.6 ℃，相變潛熱為208.5 J/g;復(fù)合織物的相變溫度為26.8 ℃，相變潛熱為44.7 J/g。進(jìn)一步觀察得出：復(fù)合織物的相變點(diǎn)與相變微膠囊較為接近，這說明涂層行為對(duì)于相變微膠囊自身相變行為的影響很小，基本保持了相變微膠囊原有的儲(chǔ)熱和放熱特性。由吸熱峰面積計(jì)算出復(fù)合織物的上漿率為21.4%。

綜上所述，復(fù)合織物具有較為理想的相變潛熱，可以在外界環(huán)境溫度發(fā)生明顯變化時(shí)吸收/釋放出熱量，從而保證了人體體感舒適性。

2.3? ?降溫曲線

在降溫過程的初始階段，由于此時(shí)相變微膠囊還沒有達(dá)到相變溫度，無法起到調(diào)節(jié)溫度的功效，因此復(fù)合織物的降溫速率較大;當(dāng)織物表面溫度降至30 ℃時(shí)，微膠囊中的石蠟相變材料發(fā)生相轉(zhuǎn)變并釋放出熱量，通過曲線圖可以較為明顯地觀察到，此時(shí)復(fù)合織物的降溫速率有減小的趨勢(shì)。隨著織物表面溫度的進(jìn)一步降低，石蠟相變材料釋放的熱量急劇增大。隨著相變過程的持續(xù)進(jìn)行，石蠟的熱焓量減少，織物的降溫速率逐漸增大，最終達(dá)到平衡。可以看出，相變微膠囊的加入顯著地降低了復(fù)合織物的降溫速率。

3? ? 結(jié)論

本研究制備了一種環(huán)保型微膠囊及其復(fù)合織物，以提升服裝穿著的舒適度和保暖度。主要結(jié)論有以下幾點(diǎn)：

（1）成功制備了環(huán)保型相變微膠囊;

（2）相變微膠囊的相變溫度為26.6 ℃，相變潛熱為208.5 J/g，復(fù)合織物的相變溫度為26.8 ℃，相變潛熱為44.7 J/g;

（3）由降溫曲線可知，環(huán)保型微膠囊的加入顯著地改善了織物的調(diào)溫性能。

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Abstract： In response to the general demand of consumers for green and comfortable clothing fabrics， phase change microcapsules were prepared with sodium alginate and phase change materials， and the microcapsules were coated on the surface of clothing fabrics to produce a clothing fabric that can actively adjust the microenvironment temperature. The morphology and thermal properties of the microcapsules were analyzed by SEM and DSC. The results show that the environmental microcapsule coated on the surface of clothing fabric can obviously improve the temperature regulation performance of the fabric and enhance the comfort of human wearing.

Key words： clothing fabrics; green environmental protection; composite fabric; phase change microcapsules

責(zé)任編輯? ? 盛? ? 艷