智能调温及光敏变色微胶囊的研究与制备

摘要

智能材料微胶囊化在保护智能材料性能的同时，使囊芯材料免受外界环境影响，提高使用寿命，增加了智能材料与纺织材料的融合手段。微胶囊技术及智能材料的结合，为智能纺织品的开发提供了有利并可行的途径。
　　本课题研究通过微胶囊技术，以聚丙烯腈为壁材，脂肪酸酯为芯材，采用乳液聚合的方法制备具有随环境温度变化而智能调温的微胶囊，研究了聚合工艺参数及壁材的加入方式、引发剂、乳化剂等因素对微胶囊表面形态、储能调温性能等的影响。通过显微镜、扫描电镜、粒度分析表征微胶囊的表面形貌;DSC、步冷步热曲线等表征微胶囊的储能调温性能。结果表明:本研究成功制备出了以环保型材料聚丙烯腈为壁材，脂肪酸酯为芯材的相变储能微胶囊;当SDS用量为5％，剪切速率为8400rpm，引发剂用量为2％，芯壁比为1∶1.5时制备的微胶囊呈较规整球形，粒径分布均匀，大小约为20μm，相变焓为75.57J/g，相变温度为18～21℃，步冷步热曲线表明微胶囊储能效果较好;微胶囊具有良好的耐酸碱性能，可耐200℃高温。
　　采用原位聚合法，以脂肪酸酯、光敏紫材料为芯材，三聚氰胺-甲醛树脂为壁材，探索制备集光致变色及相变储能两种功能与一体的微胶囊的可行性。研究了壁材聚合工艺、分散剂、乳化剂等影响因素对微胶囊形貌、储能性能及光致变色性能的影响，并对所制备的微胶囊的耐光疲劳性、储能调温效果、耐化学试剂等性能进行测试。结果表明:以三聚氰胺-甲醛树脂为壁材，光敏紫材料与脂肪酸酯为芯材，以Tween-80为乳化剂，乳化剂用量为6％、剪切速率为11200rpm、剪切时间为5min，制备了具有智能变色及智能调温两种功能的微胶囊。制备的微胶囊表面较光滑，呈均匀规整的球形，粒径分布在3～4μm范围内，包覆率为82.5％，相变焓为47.75J/g，具有较好的储能效果，光照后由淡粉色变为了紫红色，变色非常明显;加入10％SMA，相变焓可提高至83.20J/g;进行了500次耐光疲劳性实验后，微胶囊变色仍然很明显;耐酸碱性能良好，可耐200℃高温。
　　将制备的微胶囊采用泡沫涂层技术应用于织物上，通过控制变量法，探究泡沫涂层的最佳工艺，并探讨微胶囊用量对织物的储能性能及光致变色性能的影响。结果表明:增稠剂用量为0.6％，发泡比为1∶5时，泡沫大小均匀，涂层织物增重率为49.33％，具有优良的透湿性、抗紫外等性能;最佳涂层工艺为:发泡机发泡→涂层机刮涂→80℃～85℃预烘5min→160℃～165℃焙烘3min;随微胶囊用量的增大，光照后织物的颜色深度增加，但存在一个饱和值，当微胶囊含量大于30％时，变色效果不再显著增加;微胶囊用量为35％时，相变焓值为15.97J/g，步冷步热曲线表明其具有良好的储能调温性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 相变调温纺织材料的研究现状

1．2．1 相变材料研究进展

1．2．2 相变微胶囊的研究现状

1．2．3 相变微胶囊在纺织品中的应用

1．3 光致变色材料用于智能变色纺织品的研究现状

1．3．1 光致变色材料的应用研究进展

1．3．2 光致变色材料在纺织中的应用

1．4 泡沫整理在纺织工业中的应用

1．5 本课题的研究内容及意义

1．5．1 本课题研究的意义

1．5．2 本课题研究内容

第二章 理论部分

2．1 相变材料

2．1．1 无机相变材料

2．1．2 有机相变材料

2．1．3 复合相变材料

2．2 光致变色材料

2．2．1 无机光致变色材料

2．2．2 有机光致变色材料

2．3 相变材料及光致变色材料与纺织品结合的一般方法

2．4 微胶囊制备技术

2．4．1 微胶囊的壁材材料

2．4．2 微胶囊的制备方法

2．5 泡沫整理

2．5．1 发泡剂

2．5．2 泡沫稳定剂

2．5．3 聚氨酯(PU)涂层剂

第三章 聚丙烯腈为壁材的储能微胶囊的制备

3．1 实验药品和仪器

3．1．1 实验药品

3．1．2 实验仪器

3．2 实验内容及工艺方法

3．2．1 微胶囊的制备工艺方法

3．2．2 丙烯腈单体加入方式的确定

3．2．3 引发剂种类及用量的确定

3．2．4 乳化剂种类及用量的确定

3．2．5 剪切速率的确定

3．2．6 芯壁比的确定

3．3 性能测试与表征

3．3．1 显微镜跟踪观察微胶囊的形貌

3．3．2 扫描电镜(SEM)观察

3．3．3 粒径分析

3．3．4 步冷步热曲线绘制

3．3．5 囊芯含量测定

3．3．6 DSC测试

3．3．7 耐化学试剂性能测试

3．3．8 热重(TG)分析

3．3．9 红外(FTIR)测试

3．4 结果与讨论

3．4．1 丙烯腈单体加入方式的选择

3．4．2 引发剂种类的确定

3．4．3 乳化剂种类的选择

3．4．4 微胶囊的性能

3．5 本章结论

第四章 光致变色储能微胶囊的制备

4．1 实验药品及仪器

4．1．1 实验药品

4．1．2 实验仪器

4．2 实验内容及工艺方法

4．2．1 溶剂的筛选

4．2．2 智能调温变色微胶囊的制备

4．2．3 乳化剂的选择

4．2．4 乳化剂用量的确定

4．2．5 剪切速率和时间的确定

4．2．6 芯材与壁材质量比的选择

4．3 性能测试与表征

4．3．1 显微镜跟踪观察微胶囊制备过程

4．3．2 SEM扫描电镜

4．3．3 粒度分析

4．3．4 步冷步热曲线的绘制

4．3．5 囊芯含量测试

4．3．6 DSC测试

4．3．7 TG测试

4．3．8 耐光照疲劳性测试

4．3．9 耐化学试剂性能测试

4．3．10 红外(FTIR)测试

4．4 结果与讨论

4．4．1 溶剂的筛选

4．4．2 乳化剂种类对微胶囊的影响

4．4．3 乳化剂用量的确定

4．4．4 剪切速率及时间的确定

4．4．5 芯壁比的影响

4．4．6 分散剂SMA对微胶囊的影响

4．4．7 微胶囊性能测试

4．5 本章结论

第五章 微胶囊泡沫涂层织物的制备

5．1 实验材料、试剂及仪器

5．1．1 试剂

5．1．2 实验仪器

5．1．3 实验材料

5．2 实验内容及方法

5．2．1 基本工艺处方及流程

5．2．2 增稠剂用量的确定

5．2．3 发泡比的确定

5．2．4 预烘工艺的确定

5．2．5 焙烘工艺的确定

5．2．6 聚丙烯腈储能微胶囊涂层织物的制备

5．2．7 微胶囊用量对织物功能性的影响

5．3 性能测试与表征

5．3．1 泡沫粘度

5．3．2 泡沫半衰期

5．3．3 织物透湿性能测试

5．3．4 织物静水压测试

5．3．5 织物抗紫外性能测试

5．3．6 织物增重率测定

5．3．7 织物耐平磨性能测试

5．3．8 织物变色性能表征

5．4 结果与讨论

5．4．1 增稠剂对泡沫性能的影响

5．4．2 发泡比的调试影响

5．4．3 预烘工艺条件的确定

5．4．4 焙烘工艺条件的确定

5．4．5 发泡比对涂层织物性能的影响

5．4．6 聚丙烯腈储能微胶囊的应用

5．4．7 光致变色储能微胶囊含量的影响

5．5 本章结论

第六章 全文总结

6．1 本论文研究的主要结论

6．1．1 智能调温微胶囊研究结论

6．1．2 光敏智能调温微胶囊研究结论

6．1．3 微胶囊应用研究结论

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢