【摘 要】
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温度变化与人们日常生活息息相关,温室效应、极端反常气候以及特种防护服的闷热感等都会严重影响人体身心健康。调温织物可以自发地进行温度调节为人体提供舒适的穿着体验,其所使用的相变微胶囊是一种可循环利用的环保型智能材料。相变微胶囊的包覆率和织物的导热性能会直接影响调温织物的蓄热性能和调温效率,是其发挥蓄热调温优势的关键。有机壁材相变微胶囊包覆率高,导热性能差,研究发现通过无机材料改性能够显著提高有机壁材
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温度变化与人们日常生活息息相关,温室效应、极端反常气候以及特种防护服的闷热感等都会严重影响人体身心健康。调温织物可以自发地进行温度调节为人体提供舒适的穿着体验,其所使用的相变微胶囊是一种可循环利用的环保型智能材料。相变微胶囊的包覆率和织物的导热性能会直接影响调温织物的蓄热性能和调温效率,是其发挥蓄热调温优势的关键。有机壁材相变微胶囊包覆率高,导热性能差,研究发现通过无机材料改性能够显著提高有机壁材相变微胶囊的导热性能。目前,织物的导热整理是将导热材料处理到织物上从而提高其导热性能,将有机壁材相变微胶囊进行导热增强改性,再通过后整理处理到织物中,在提高其导热性能的同时,能够实现高效蓄热调温。因此,制备具有优异蓄热性能和导热性能的相变微胶囊具有重要意义。基于此,本课题首先对十八烷/聚甲基丙烯酸甲酯相变微胶囊的制备工艺进行分析,获得蓄热性能优异的相变微胶囊。其次利用氮化硅对相变微胶囊进行改性,增强其导热性能。最后将导热增强相变微胶囊通过浸轧工艺整理到棉织物,并对其导热性能和调温性能进行研究。具体的研究内容如下:(1)十八烷/聚甲基丙烯酸甲酯相变微胶囊的制备及表征以十八烷为芯材,聚甲基丙烯酸甲酯为壁材,采用悬浮聚合法制备相变微胶囊,通过光学显微镜、粒径分布、扫描电镜、差示扫描量热仪和热重等测试方法系统研究乳化剂用量、乳化转数、芯壁比和交联剂用量等工艺对微胶囊形貌、大小以及蓄热性能的影响,并通过单因素分析法确定了最佳工艺条件:乳化剂用量4.8 wt%、乳化转数3000 rpm、芯壁比1:1和壁材单体与交联剂比5:1。相变微胶囊的平均粒径为5.5 μm,熔融温度为24.7℃、结晶温度22.5℃,熔融和结晶热焓值分别为169.1 J/g、168.6J/g。微胶囊的蓄热性能优异,储能效率(Ees)为80.57%、包覆率(Een)为80.02%、储热能力(Ces)为99.32%,并具有较好的致密性与热稳定性能。(2)导热增强氮化硅改性相变微胶囊的制备与表征以均一稳定的氮化硅为改性材料增强高蓄热性能相变微胶囊的导热效率,通过扫描电镜、元素分析、粒径分布、热常数分析仪、差示扫描量热仪和热重等测试方法分析氮化硅的添加量对相变微胶囊形貌、结构、大小、导热性能以及热性能的影响,并通过单因素分析法确定氮化硅的最佳添加量,并发现氮化硅的引入在提高相变微胶囊导热性能的同时,还增强了微胶囊的力学性能。当氮化硅的添加量为3 wt%时,相变微胶囊的综合性能最好,微胶囊的导热系数为256.9×10-3 W/(m·K),由于导热性能的提高,改性后相变微胶囊对温度的敏感性增强,与未改性微胶囊相比,熔融温度降低1.2℃、结晶温度提高0.9℃。改性后相变微胶囊的熔融热焓值为178.2 J/g、结晶热焓值为178.1 J/g,包覆率(Een)为84.31%,具有优异的蓄热性能和导热性能。(3)导热增强相变微胶囊调温织物的制备与表征通过超声波辅助浸轧法制备导热增强相变微胶囊调温织物,通过差示扫描量热仪和热常数分析仪等测试方法分析浸轧方式、轧余率、微胶囊浓度和粘合剂浓度等整理工艺对织物增重率、热焓值和导热性能的影响,并通过单因素分析法确定最佳工艺条件:浴比1:50、二浸二轧(轧余率80%)、微胶囊浓度30g/L、粘合剂浓度15 g/L、80℃下预烘5 min、120℃下烘焙5 min。所制备的调温织物导热系数为90.4×10-3W/(m·K),导热性能显著提高,与未改性调温织物相比其熔融温度由26.2℃降低至25.5℃、结晶温度由24.5℃提高至25℃、熔融热焓值由6.7 J/g提高至13.7 J/g、结晶热焓值由7.1 J/g提高至13.8 J/g,表现出更好的蓄热性能和调温效率。洗涤20次之后导热性能(86.9×10-3W/(m·K))和调温性能(11 J/g)得以保留。
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