细乳液法相变纳米胶囊的制备及其在棉织物上的应用

摘要

相变材料是近年来研究最为广泛、最具有应用前景的储能材料之一。相变过程中，相变材料可与外界环境进行能量交换(从外界环境吸收热量或向外界环境释放热量)，从而实现存储能量和调节温度变化的目的。多数相变材料与纤维间无亲和力，将其与纤维直接复合时，处于液态的相变材料极易流失，从而导致织物调温能力降低。此外，相变材料直接应用于纺织品时还易产生皮肤过敏等问题。因此，对相变材料进行封装是非常必要的。
　　 课题从实现相变材料核壳结构的包裹入手，着重研究了壳材共聚单体的组成对胶囊包裹形态、包裹效率以及胶囊耐热性能的影响，研究了相变纳米胶囊的制备技术。并将制备的相变纳米胶囊用于棉织物的整理，实现了棉织物的智能调温功能，所取得的研究成果有助于推动相变材料胶囊技术的推广及应用。
　　 本研究在细乳液聚合体系中，选用相变点为37℃的相变石蜡为胶囊核材，苯乙烯(St)和丙烯酸丁酯(BA)等单体的共聚物为胶囊壳材，开展了相变纳米胶囊的制备及其性能研究。考察了影响胶囊核壳结构形态的动力学和热力学两个因素，得到优化工艺：单体转化率80％时滴加二乙烯苯(DVB)，其用量1％；十二硫醇(DDM)用量0.2％；St/BA=9/1；甲基丙烯酸(MAA)用量1％(以上用量都是对单体重)。最终得到了粒子尺寸为130nm左右、核壳体积比为1/1、峰值相变温度为37.1℃、相变焓为56.7J/g、包裹率达80％的相变纳米胶囊。
　　 研究发现，加入交联剂DVB，通过提高聚合物的交联度，可改善胶囊壳材的耐热性能；同时，加入BA提高壳材的柔韧性，有助于释放相变过程中石蜡对壳材产生的应力，进一步提高胶囊耐热性能。另外，研究还发现选用油溶性引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)代替水溶性引发剂过硫酸钾(KPS)引发聚合的同时，加入水相阻聚剂亚硝酸钠(NaNO2)，可有效抑制自由基均相成核，减少实心粒子的产生，胶囊最终包裹率达90％。
　　 实验采用浸轧整理工艺将制备的相变纳米胶囊用于调温棉织物的制备。得到优化整理工艺：乳液固含量为20％、轧余率为80％时，焙烘温度120℃、焙烘时间3min。研究发现，随着胶囊整理剂附着量的升高，整理织物热焓越大，调温性能越好。与未整理织物相比，整理织物升温及降温过程的温度可分别延缓2～3℃和5℃，但整理织物的柔软性、透气性、毛效和耐水洗性能变差。采用聚醚改性氨基硅油对制得的调温织物进行整理，可在保持织物调温能力基本不变的同时，改善织物手感、毛效以及透气性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1 相变材料(PCM)研究的背景和意义

1.2 相变材料的概述

1.2.1 相变材料的类型

1.2.2 相变材料的热力学特征

1.2.3 相变材料在实际应用中的问题及解决方法

1.3 相变材料微/纳米胶囊的制备

1.3.1 相变微胶囊的制备

1.3.2 细乳液法相变纳米胶囊的制备

1.3.3 微胶囊构相的理论分析

1.4 相变微/纳米胶囊在储能方面的应用

1.5 相变微/纳米胶囊在纺织品中的应用

1.6 课题的提出

参考文献

第二章 相变纳米胶囊的制备和表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料及精制

2.2.2 实验及测试仪器

2.2.3 制备工艺

2.2.4 测试与表征

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 相变纳米胶囊包裹形态及其影响因素

2.3.2 均相成核的成因及其抑制

2.3.3 相变纳米胶囊的性能表征

2.4 本章小结

参考文献

第三章 相变纳米胶囊在棉织物上的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料及仪器

3.2.2 实验及测试方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 相变纳米胶囊整理织物的工艺研究

3.3.2 相变纳米胶囊整理织物的微观形态

3.3.3 相变纳米胶囊整理织物的调温性能

3.3.4 相变纳米胶囊整理织物对人体出汗量的影响

3.3.5 柔软剂对相变纳米胶囊整理织物的影响

3.4 本章小结

参考文献

第四章 结论与建议

4.1 结论

4.2 建议

致谢