二氧化硅包覆十二醇微胶囊的合成及在皮革中的应用

摘要

相变微胶囊是近些年发展起来的新型合成材料，因其具有很大的相变潜热，可以进行双向的温度调控，在很多领域得到应用。将相变微胶囊加入到纤维中就可以得到智能纤维，近年来受到人们的关注。皮革作为一种天然纤维，将相变微胶囊材料添加到皮革中，在皮革已有的物性和功能基础上增加蓄热温控能力，并且不影响透水汽性能和手感，这样不仅增加了产品的附加值，也满足人们对功能性皮革的需求。
　　 国外大多以直链烷烃为相变纤维材料，在一元醇类、多元醇类及其复合相变材料领域很少涉猎。国内东华大学、天津工业大学以及清华大学等大学在相变微胶囊方面有显著的成绩，神七飞船升空，宇航员穿着的便是东华大学用暖体假人做测定对象，由相变纤维材料制得的宇航衣。
　　 本课题首先利用界面聚合法制得了一系列的相变蓄能微胶囊，并通过正交实验选择合适的乳化体系并制备高相变焓、高包裹率和包覆量的相变微胶囊材料，然后对其进行检测：用溶剂洗涤法测定微胶囊产品的包裹率；用差示扫描量热法(DSC)对微胶囊的热学性能进行分析，并得出了微胶囊产品的包覆量；用红外光谱(IR)对十二醇和微胶囊进行对比分析；通过光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察微胶囊的外观形貌、粒径分布；用热重分析仪(TG)对微胶囊的热稳定性进行分析。
　　 实验表明:以十二醇为相变材料，用正硅酸乙酯为前驱体制得二氧化硅包覆十二醇，可制备出相变微胶囊材料，合成的微胶囊颗粒度分布较均匀，颗粒大小适度，相变焓高，包裹率和包覆量良好。Span80-Tween80乳化体系为最适宜的乳化剂，HLB值为10.5，乳化剂用量为3％；最佳实验条件nH2O: nTEOS=6,VTEOS:V十二醇＝1.5，弱酸性催化剂催化，pH=6，搅拌速度8000r/min，正硅酸乙酯的最佳水解反应时间为3h，反应温度40℃，二氧化硅的最佳陈化时间为12h。
　　 实验对相变微胶囊产品进行了应用性研究，将其添加于皮革的各个阶段进行性能检测，结果表明在复鞣阶段加入效果最好，添加量为4％。然后用步冷法和升温法检测微胶囊在皮革纤维中的蓄热保暖性能，结果表明：在升温情况下，添加相变材料的皮革低于空白4～6℃，持续时间约30min；在降温情况下，添加相变材料的皮革高于空白3～6℃，持续时间约35min。用平板式保温仪、红外测温仪等测量不同含量微胶囊的相变皮革纤维的克罗值、保温率、传热系数、透气性能、耐水洗性能等。皮革加入相变材料后抗张强度和延展性得到增强，对皮革的柔软度没有影响，皮革的吸收率和透水汽性均略有下降。
　　 本课题创造性得提出舒适点和舒适段的概念。当微胶囊达到相变点，这个时间点称之为舒适点，此后人体穿着皮革衣物时的温感会趋于稳定，一直到微囊发挥完效能结束，这个时间段称之为舒适段，在舒适段中微胶囊可以持续发挥最大效能。相变材料的舒适点和舒适段的研究对改进固有相变材料有一定的意义。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

1 前言

2 相变材料的概述

2.1 相变材料

2.2 相变材料的分类

2.3 相变材料的应用及发展现状

2.3.1 国外相变材料在纺织品行业的应用及发展

2.3.2 相交材料在纺织品行业外的应用

2.4 微胶囊技术概述

2.4.1 微胶囊概述及其技术特征

2.4.2 微胶囊技术发展现状

2.4.3 芯材和壁材的选择规律

2.4.4 微胶囊的制备方法

2.4.5 微胶囊性能和结构的表征

2.4.6 储热温控纤维织物的保暖性能评价方法和评价指标

2.4.7 存在的问题

2.5 本课题的研究目的，意义及研究内容

3 相变微胶囊制备原料和乳化剂的选择

3.1 主要实验试剂和仪器

3.1.1 实验试剂

3.1.2 主要仪器设备

3.2 微胶囊制备原料的选择

3.2.1 微胶囊壁材的选择

3.2.2 微胶囊芯材的选择

3.2.3 乳化剂的选择

3.3 本章小结

4 微胶囊的合成和表征

4.1 微胶囊囊合成实验

4.2 微胶囊清洗

4.2.1 清洗的目的

4.2.2 清洗步骤

4.3 相变材料合成的单因素影响实验

4.3.1 VTEOS:V十二醇对相变复合材料形成的影响

4.3.2 H2O用量对相变复合材料形成的影响

4.3.3 pH用量对相变复合材料形成的影响

4.3.4 陈化温度对相变复合材料形成的影响

4.3.5 催化剂对相变复合材料形成的影响

4.4 微胶囊测试结果和讨论

4.4.1 正交性实验选择合适微胶囊

4.4.2 相变微胶囊的形态

4.4.3 相变微胶囊的热性能和储能密度的测试

4.4.4 TG热重分析

4.4.5 IR测试

4.5 本章小结

5 复合相变材料在皮革中应用及其热性能的检测

5.1 复合相变材料的在皮革中应用概况

5.1.1 固-液相变材料在皮革中应用的目的

5.1.2 相变微胶囊材料添加到皮革中的方式

5.1.3 关于含PCM材料的保暖效果评价方法的研究

5.1.4 服装材料热性能的测试原理

5.1.5 热性能测试方法

5.1.6 保温性试验

5.2 试验仪器和试剂

5.2.1 实验仪器

5.2.2 实验试剂

5.3 实验

5.3.1 复合相变材料应用性能的测试

5.3.2 相变微胶囊材料的用量与皮革调温性能的关系

5.3.3 相变复合材料在皮革中的热性能的测试

5.3.4 添加复合相变材料前后的一些物理性能

5.4 试验结果与讨论

5.4.1 相变材料的酸碱稳定性测试

5.4.2 测试加入不同的相变微胶囊材料的皮革的保温性能

5.4.3 相变材料的用量对皮革调温性能的影响

5.4.4 自然冷却法检测添加相变微胶囊材料物质的保温性能

5.4.5 复合相变材料的添加对皮革其它性能的影响的结果与讨论

5.5 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 课题展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录