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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(xué)2東華大學(xué)

相變微膠囊的芯材和壁材

1相變微膠囊芯材

現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的相變材料種類在6000種以上[6]，可分為無機(jī)鹽相變材料和有機(jī)相變材料。

1）無機(jī)水合鹽類

無機(jī)水合鹽類具有較大的熔融熱，是無機(jī)相變儲(chǔ)能材料的重要一類。主要包括結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類。應(yīng)用較多的結(jié)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(jī)水合鹽相變材料優(yōu)點(diǎn)頗多，如較高的相變焓、較高的導(dǎo)熱率、較小的體積變化率以及較低的價(jià)格等。無機(jī)水合鹽類相變材料的缺點(diǎn)是會(huì)出現(xiàn)相分離和過冷圖1微膠囊的各種形態(tài)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象雖有辦法解決但都不是很徹底，是其在應(yīng)用過程中一個(gè)致命的弱點(diǎn)。

2）有機(jī)類

目前，有機(jī)類固-液相變儲(chǔ)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(jī)類。有機(jī)類相變材料的優(yōu)點(diǎn)是無腐蝕性，融化和凝結(jié)能重復(fù)實(shí)現(xiàn)，化學(xué)性能穩(wěn)定。其缺點(diǎn)是相變焓相對較低，熱傳導(dǎo)率也較低，熔點(diǎn)低，溶解熱較小且易揮發(fā)，密度小，易燃，所以通常用于低溫場合。作為有機(jī)高分子的石蠟，它的化學(xué)組成為多種烷烴的混合物。其中直鏈烷烴正構(gòu)型烷烴占多數(shù)，約60%，也有少數(shù)是異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴。石蠟類的熔點(diǎn)不是一個(gè)溫度點(diǎn)，而是一個(gè)溫度范圍，因此，石蠟的熔解溫度可以和系統(tǒng)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(jīng)過一系列的升降溫試驗(yàn)后，石蠟也能表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，不過，石蠟的熱導(dǎo)率較低、易燃[7]，而且易發(fā)生黃變現(xiàn)象，但考慮到其優(yōu)異的綜合性能，石蠟還是一種不錯(cuò)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(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不與被包裹的物質(zhì)起反應(yīng)。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(zhì)，則選取非水溶性的合成高分子材料作為壁材。同時(shí)，包覆材料本身的性能也是要考慮的因素，如滲透性、穩(wěn)定性、溶解性、粘度、電性能、吸濕性及成膜性[8]。目前，報(bào)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(wěn)定性和成膜性好，但生物兼容性比較差，另外易造成環(huán)境污染，如果要廣泛應(yīng)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(jià)格便宜且生物兼容性好，環(huán)保無污染，極具研發(fā)潛力。依據(jù)囊壁形成的機(jī)制和成囊條件，微膠囊化方法大致可以分為3類，即化學(xué)法、物理法以及物理化學(xué)法。

微膠囊技術(shù)的發(fā)展和在紡織品中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1微膠囊技術(shù)的發(fā)展[10]

在無碳復(fù)寫紙應(yīng)用中，無色染料經(jīng)過化學(xué)方法進(jìn)行微膠囊化處理，使其成為小于20μm的細(xì)胞，然后將其涂在紙下邊，并在其外層涂無色試劑，當(dāng)微膠囊顆粒受到鋼筆或鉛筆的壓力而破裂時(shí)，與試劑發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生顏色，這種復(fù)寫紙?jiān)?981年的產(chǎn)量為500000t，并有繼續(xù)增長的勢頭。美國一科學(xué)家對微膠囊技術(shù)也作過早期研究，開發(fā)了一種機(jī)械方法，將液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)包在一種在室溫下為固態(tài)的壁材中，研制出微膠囊化桔油。美國一大學(xué)藥學(xué)博士發(fā)明了藥片的包衣和制粒工藝——?dú)饬鲬腋〖夹g(shù)，即將壁材噴在懸浮的微粒表面。后來，這一技術(shù)演變成現(xiàn)在大量使用的流化床制粒系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于食品的微膠囊加工。到20世紀(jì)80年代中期，微膠囊技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和化工等方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前，越來越多的科學(xué)工作者運(yùn)用微膠囊技術(shù)來改善物質(zhì)傳遞體系的運(yùn)行。國外，尤其是日本，每年申報(bào)的有關(guān)微膠囊技術(shù)的專利就達(dá)上百件。同國外相比，我國的微膠囊技術(shù)還處于起步階段，微膠囊主要以進(jìn)口為主，因此，還需要進(jìn)一步開發(fā)微膠囊技術(shù)的應(yīng)用場合及基礎(chǔ)理論的研究。隨著微膠囊技術(shù)的縱深發(fā)展，出現(xiàn)了一種靜電噴霧法制備微膠囊的技術(shù)，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(dú)特性質(zhì)，使它的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。

2微膠囊化技術(shù)在紡織品中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1）緩釋智能微膠囊

緩釋體系的研究主要應(yīng)用于藥物和香味釋放，微膠囊技術(shù)的發(fā)展為緩釋功能的應(yīng)用提供了很大的發(fā)展空間。用微膠囊包覆可釋材料，施于被應(yīng)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(kuò)大，由封閉或半封閉體系變?yōu)殚_放體系，通過包裹膜孔擴(kuò)散向外釋放所包裹的物質(zhì)；當(dāng)外界環(huán)境變回原來的條件時(shí)，微膠囊體系相應(yīng)的恢復(fù)到原來的封閉狀態(tài)而減慢芯材釋放，產(chǎn)生受控制的性能而達(dá)到自適應(yīng)外部環(huán)境的效果。現(xiàn)階段，芳香膠囊已經(jīng)逐漸應(yīng)用到服裝、床單、手帕、襪子、圍巾等多種紡織品上。同時(shí)，在微膠囊中加入外用藥成分制成智能內(nèi)衣，也深受皮膚病患者的歡迎[11]。

2）蓄熱調(diào)溫微膠囊

蓄熱調(diào)溫微膠囊是將相變材料包囊在微小球體中，相變物質(zhì)隨著外界環(huán)境溫度的變化發(fā)生相變以吸收熱量和釋放熱量。將蓄熱調(diào)溫微膠囊應(yīng)用到織物表面，可主動(dòng)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(nèi)微氣候”環(huán)境，使人體始終處于一種舒適的狀態(tài)。蓄熱調(diào)溫纖維和紡織品可用于普通服裝、運(yùn)動(dòng)服裝、職業(yè)服裝、室內(nèi)裝飾、床上用品、鞋襪以及醫(yī)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(jìn)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(dāng)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(yīng)，可逆的改變紡織品的顏色。現(xiàn)階段，應(yīng)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(shù)也廣泛應(yīng)用于紡織品功能整理加工，可獲得常規(guī)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(nèi)，然后將微膠囊混入紡絲液或?qū)⒗w維囊加到合成纖維內(nèi)部，共混后進(jìn)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(nèi)部而制得有殺菌除臭纖維之稱的技術(shù)，可以說是微膠囊技術(shù)的延伸。目前，功能整理膠囊紡織品已經(jīng)廣泛用于家居用品和保健服裝。

微膠囊的研究熱點(diǎn)

在實(shí)際應(yīng)用中，單一有機(jī)或無機(jī)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(zhì)，利用化學(xué)方法對相變材料進(jìn)行改性等。用這些方法得到的相變材料稱為復(fù)合相變材料，進(jìn)而制得復(fù)合相變微膠囊。復(fù)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(yīng)用范圍，是近年來研究的熱點(diǎn)。