复合相变材料的制备及其在皮革中的应用

摘要

相变材料是一种利用相变过程循环储能一释能的新型材料。在航空航天、机械制造、建筑材料、蓄热调温纺织品及电子设备等领域已进行了广泛的研究应用。本项研究选择了合适的相变材料，并将其固化，防止其相变时有液体溢出。将制备的复合相变材料应用到皮革上，使皮革材料在一定的时间内保持在一定的温度范围内，从而增广皮革产品的适用范围，增强了皮革制品的舒适性能，提高了皮革产品的附加值。
　　 本论文以聚乙二醇（PEG）为储能介质，正硅酸乙酯（TEOS）在酸性条件下水解生存的二氧化硅作为储能物质载体，采用凝胶法制备固-固相变材料。用涂刷法将制备固-固相变材料涂刷到皮革肉面，使皮革材料在外界温度变化时在一定的时间内保持在一个恒定的温度范围内。
　　 主要研究了聚乙二醇的分子量与其相变温度和相变焓之间的关系；对制备的各反应物质的量比例，溶剂的量，pH，陈化温度等进行考察，判断个因素对固-固相变材料凝胶时间和储能密度影响的大小；检测了制备的固-固复合相变材料的热学性能和稳定性：探讨了固-固相变材料制备的原理；研究了固-固相变材料应用到皮革中对温度调节最佳功能时的工艺。
　　 研究结果表明：
　　 （1）不同聚合度的聚乙二醇，其贮热能力随聚合度的增加而增强，其固-液相变温度、相变焓也随聚合度的增加而依次增大。聚乙二醇的组成对相变点和相变焓有着决定性的影响。分子量为800～1000的聚乙二醇作为相变材料适合用于衣着皮革调温。
　　 （2）用水量是影响产物结构和性质的关键因素。酸在反应中催化水解过程并控制胶粒生长。以相变材料的形态与形成时间为考虑因素，复合相变材料比较理想的制备条件为nTEOS：n水=1：4，mPEG：mTEOS=1：3，pH=1，陈化温度50℃。所制成的复合相变材料形态较好，储能较高，焓变达到51.96J/g，储能密度为61.1％。
　　 （3）在光学显微镜下放大400，1000倍的照片，由图可见聚乙二醇和水解生成的二氧化硅已紧密的结合在一起，能有效地防止聚乙二醇在加热时以液态形式溢出。
　　 （4）正硅酸乙酯在酸的作用下水解生成二氧化硅凝胶，把聚乙二醇包裹在里面。经红外分析，没有新的物质生存，固化原理可能是由于多孔网络结构二氧化硅的形成，以及硅羟基与醇羟基之间的物理交联（氢键），使得PEG牢牢地限制在二氧化硅中。因此当温度超过聚乙二醇的相变点时相变材料虽然发生了相变但是没有液体流出。
　　 （5）制备的相变材料热稳定性较好，用TG分析，在0～55℃间，循环50次（升降温一次为一个循环），聚乙二醇的失重比例为0.4463％。
　　 （6）用涂刷法将相变材料加入到皮革中，最佳用量为4％。此时，皮革的传热系数为45.50 W/㎡·℃，克罗值0.63，保温率为15.29％。
　　 （7）在环境温度过高时，相变皮革比空白低2～3℃，起到凉爽作用，持续时间能达到0.5h左右。在降温时，环境温度过低，相变皮革能比空白高2～3℃，起到保暖作用，作用时间能达到0.5h左右。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1相变材料

1.2相变材料的种类

1.3相变材料的应用及发展现状

1.3.1国外相变材料在纺织品应用及发展

1.3.2相变材料在其它领域的应用

1.4本课题的研究目的，意义及研究内容

2固-固相变材料的合成与性能检测

2.1前言

2.1.1皮革用相变材料的选择

2.1.2相变材料的固化方法

2.1.3纳米SiO2的制备方法

2.2试验仪器及药品

2.2.1试验药品

2.2.2试验仪器

2.3实验

2.3.1聚乙二醇分子量的选择

2.3.2相变材料合成的单因素影响实验

2.3.3 mPEG：mTEOS对相变复合材料形成的影响

2.3.4 H2O用量对相变复合材料形成的影响

2.3.5 pH用量对相变复合材料形成的影响

2.3.6陈化温度对相变复合材料形成的影响

2.3.7溶剂对相变复合材料形成的影响

2.3.8测定方法

2.4合成条件的正交试验

2.5试验结果及讨论

2.5.1聚乙二醇分子量与热性能的关系

2.5.2 mPEG：mTEOS对相变复合材料热性能的影响

2.5.3 H2O用量对相变复合材料制备时间的影响

2.5.4 pH对复合相变材料形成的影响

2.5.5陈化温度对复合相变材料的影响

2.5.6制备条件的确定

2.5.7相变复合材料的形貌

2.5.8相变复合材料微胶囊的热性能及热稳定性能

3相变复合材料形成机理的探讨

3.1凝胶法制备SiO2／PEG相变材料原理

3.2.1实验试剂及仪器

3.2.2实验步骤

3.3实验结果分析及讨论

4复合相变材料在皮革中应用及其热性能的检测

4.1前言

4.1.1固-固相变材料在皮革中应用的目的

4.1.2相变材料添加到皮革中的方式

4.1.3主要热性能指标

4.1.4服装材料热性能的测试原理

4.1.5热性能测试方法

4.1.6保温性试验

4.2试验仪器和试剂

4.2.1实验试剂

4.2.2实验仪器

4.3实验

4.3.1复合相变材料应用性能的测试

4.3.2相变复合材料的用量与皮革调温性能的关系

4.3.3相变复合材料的热性能的测试

4.3.4添加复合相变材料前后的一些物理性能

4.4试验结果与讨论

4.4.1相变材料的酸碱稳定性测试

4.4.2测试加入不同的相变材料的皮革的保温性能

4.4.3相变材料的用量对皮革调温性能的影响

4.4.4自然冷却法检测添加相变材料物质的保温性能

4.4.5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结论及展望

5.1结论

5.2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