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      微膠囊科技論文:織物中微膠囊科技運用探究

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      微膠囊科技論文:織物中微膠囊科技運用探究

      本文作者:劉元軍1王雪燕1宋秉政2作者單位:1西安工程大學2東華大學

      相變微膠囊的芯材和壁材

      1相變微膠囊芯材

      現在已發現的相變材料種類在6000種以上[6],可分為無機鹽相變材料和有機相變材料。

      1)無機水合鹽類

      無機水合鹽類具有較大的熔融熱,是無機相變儲能材料的重要一類。主要包括結晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類。應用較多的結晶水合鹽類主要有堿土金屬鹵化物、硝酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽和醋酸鹽等。無機水合鹽相變材料優點頗多,如較高的相變焓、較高的導熱率、較小的體積變化率以及較低的價格等。無機水合鹽類相變材料的缺點是會出現相分離和過冷圖1微膠囊的各種形態現象,這種現象雖有辦法解決但都不是很徹底,是其在應用過程中一個致命的弱點。

      2)有機類

      目前,有機類固-液相變儲能材料主要有脂肪烴類、脂肪酸類及脂類、鹽類、醇類以及其他有機類。有機類相變材料的優點是無腐蝕性,融化和凝結能重復實現,化學性能穩定。其缺點是相變焓相對較低,熱傳導率也較低,熔點低,溶解熱較小且易揮發,密度小,易燃,所以通常用于低溫場合。作為有機高分子的石蠟,它的化學組成為多種烷烴的混合物。其中直鏈烷烴正構型烷烴占多數,約60%,也有少數是異構烷烴和環烷烴。石蠟類的熔點不是一個溫度點,而是一個溫度范圍,因此,石蠟的熔解溫度可以和系統的工作溫度很好的配合。另外,最近的研究表明:石蠟具有較高的相變熱,再經過一系列的升降溫試驗后,石蠟也能表現出良好的穩定性,不過,石蠟的熱導率較低、易燃[7],而且易發生黃變現象,但考慮到其優異的綜合性能,石蠟還是一種不錯的芯材選擇對象。

      2相變材料壁材

      微膠囊選用的壁材必須符合國家衛生標準,不與被包裹的物質起反應。如果芯材是親油性的,宜選用親水聚合物作壁材;如果芯材為親水性的物質,則選取非水溶性的合成高分子材料作為壁材。同時,包覆材料本身的性能也是要考慮的因素,如滲透性、穩定性、溶解性、粘度、電性能、吸濕性及成膜性[8]。目前,報道較多的壁材是天然材料、半合成材料和高分子材料。其中高分子材料如三聚氰胺甲醛及脲醛樹脂,其穩定性和成膜性好,但生物兼容性比較差,另外易造成環境污染,如果要廣泛應用,需要首先解決此類問題。而殼聚糖、海藻酸鹽等天然多糖資源豐富、制備簡單、價格便宜且生物兼容性好,環保無污染,極具研發潛力。依據囊壁形成的機制和成囊條件,微膠囊化方法大致可以分為3類,即化學法、物理法以及物理化學法。

      微膠囊技術的發展和在紡織品中的應用現狀

      1微膠囊技術的發展[10]

      在無碳復寫紙應用中,無色染料經過化學方法進行微膠囊化處理,使其成為小于20μm的細胞,然后將其涂在紙下邊,并在其外層涂無色試劑,當微膠囊顆粒受到鋼筆或鉛筆的壓力而破裂時,與試劑發生反應產生顏色,這種復寫紙在1981年的產量為500000t,并有繼續增長的勢頭。美國一科學家對微膠囊技術也作過早期研究,開發了一種機械方法,將液態或固態物質包在一種在室溫下為固態的壁材中,研制出微膠囊化桔油。美國一大學藥學博士發明了藥片的包衣和制粒工藝——氣流懸浮技術,即將壁材噴在懸浮的微粒表面。后來,這一技術演變成現在大量使用的流化床制粒系統,廣泛應用于食品的微膠囊加工。到20世紀80年代中期,微膠囊技術已經在醫藥、農業和化工等方面得到了廣泛的應用。目前,越來越多的科學工作者運用微膠囊技術來改善物質傳遞體系的運行。國外,尤其是日本,每年申報的有關微膠囊技術的專利就達上百件。同國外相比,我國的微膠囊技術還處于起步階段,微膠囊主要以進口為主,因此,還需要進一步開發微膠囊技術的應用場合及基礎理論的研究。隨著微膠囊技術的縱深發展,出現了一種靜電噴霧法制備微膠囊的技術,這種方法制備的微膠囊的粒徑較均勻且為納米級——納米微膠囊。由于納米微膠囊具有獨特性質,使它的應用領域更為廣泛。

      2微膠囊化技術在紡織品中的應用現狀

      1)緩釋智能微膠囊

      緩釋體系的研究主要應用于藥物和香味釋放,微膠囊技術的發展為緩釋功能的應用提供了很大的發展空間。用微膠囊包覆可釋材料,施于被應用的織物材料上,在加熱或受輻射條件下,微膠囊體積膨脹,壁殼上有許多微型小孔,囊壁上的微孔擴大,由封閉或半封閉體系變為開放體系,通過包裹膜孔擴散向外釋放所包裹的物質;當外界環境變回原來的條件時,微膠囊體系相應的恢復到原來的封閉狀態而減慢芯材釋放,產生受控制的性能而達到自適應外部環境的效果。現階段,芳香膠囊已經逐漸應用到服裝、床單、手帕、襪子、圍巾等多種紡織品上。同時,在微膠囊中加入外用藥成分制成智能內衣,也深受皮膚病患者的歡迎[11]。

      2)蓄熱調溫微膠囊

      蓄熱調溫微膠囊是將相變材料包囊在微小球體中,相變物質隨著外界環境溫度的變化發生相變以吸收熱量和釋放熱量。將蓄熱調溫微膠囊應用到織物表面,可主動地、智能地控制周圍的溫度,保持人體正常體溫,為人體提供舒適的“衣內微氣候”環境,使人體始終處于一種舒適的狀態。蓄熱調溫纖維和紡織品可用于普通服裝、運動服裝、職業服裝、室內裝飾、床上用品、鞋襪以及醫療用品[12]。

      3)智能變色微膠囊

      智能變色微膠囊即將變色材料進行微膠囊包覆,通過樹脂均勻涂在基布上或直接共混于纖維的母粒中。當智能變色紡織品受到光、熱、水分或輻射等外界刺激后即可做出響應,可逆的改變紡織品的顏色。現階段,應用最多的主要為溫敏變色和光敏變色2種紡織品[13]。

      4)功能整理微膠囊紡織品

      微膠囊技術也廣泛應用于紡織品功能整理加工,可獲得常規整理無法得到的效果。包括阻燃、防縮、拒水拒油、抗靜電、柔軟、抗菌、殺蟲及某些特殊的處理。將功能整理劑包覆于微膠囊內,然后將微膠囊混入紡絲液或將纖維囊加到合成纖維內部,共混后進行紡絲即可制得有阻燃、除臭、抗菌、殺蟲、抗紫外線、抗氧化的功能性纖維[14]。另外,將一些功能性藥物封入纖維內部而制得有殺菌除臭纖維之稱的技術,可以說是微膠囊技術的延伸。目前,功能整理膠囊紡織品已經廣泛用于家居用品和保健服裝。

      微膠囊的研究熱點

      在實際應用中,單一有機或無機相變微膠囊總是存在著不盡如人意的地方,研究人員便想出了各種各樣的方法克服這些不足,如將同類或者不同類的相變材料按比例混合、共熔,或者加入某些物質,利用化學方法對相變材料進行改性等。用這些方法得到的相變材料稱為復合相變材料,進而制得復合相變微膠囊。復合相變材料能很好地解決單一相變材料所存在的問題,拓寬了相變微膠囊的應用范圍,是近年來研究的熱點。

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