環保型微膠囊在服裝面料上的應用

曹雨婷 陳旭 丁林靜 石蕊 戴鈺享

摘要：針對消費者對于服裝面料綠色環保、穿著舒適的普遍需求，以海藻酸鈉和相變材料為原料制備相變微膠囊，并將制備所得微膠囊涂敷在服裝面料表面，制得了一種可主動調節微環境溫度的服裝面料。使用掃描電鏡（SEM）、差示熱掃描量熱儀（DSC）對相變微膠囊的外貌形態和熱性能進行分析。研究結果表明：將環保型微膠囊涂覆至服裝面料的表面可明顯改善織物的調溫性能，提升人體的穿著舒適度。

關鍵詞：服裝面料;綠色環保;復合織物;相變微膠囊

微膠囊的制備技術始于20世紀30年代，在20世紀70年代中期得到了迅猛發展。如今微膠囊技術已經在醫學、藥物、涂料、食品、生物、化工等許多領域得到了廣泛的應用。[1-4]微膠囊技術是指利用成膜材料將固體、液體或氣體進行包覆，形成直徑約為幾十微米至上千微米微球的技術。[5]該技術克服了相變材料在單獨使用時可能出現的泄露、污染環境等問題。

相變材料按照相變過程通常可分為“固-固”相變材料、“固-氣”相變材料、“固-液”相變材料和“氣-液”相變材料四種類型。其中，“固-液”相變材料的應用最為普遍，來源也相對廣泛。“固-液”相變材料是通過固相和液相的相變而進行可逆的能量的儲存和釋放。[6-8]石蠟是目前應用最為廣泛的一類“固-液”相變材料，具有低腐蝕性、低成本、無明顯過冷結晶現象等優點。[9-10]海藻酸鈉是一種具有綠色環保、廉價易得等特點的化合物，其與鈣離子在室溫條件下可生成海藻酸鈣凝膠。[11-12]

本實驗以石蠟為芯材、海藻酸鈉為壁材、氯化鈣為凝固劑制備環保型微膠囊，并將微膠囊整理至服裝面料的表面，利用掃描電鏡（SEM）、差示熱掃描量熱儀（DSC）等對相變微膠囊的外貌形態和熱性能進行分析。

1? ? 實驗部分

1.1? 實驗材料和儀器

實驗材料和儀器包括：石蠟;海藻酸鈉;無水氯化鈣;表面活性劑;純棉面料;分析天平;傅里葉變換紅外光譜分析儀;機械攪拌器;恒溫水浴鍋;光學顯微鏡;差示熱掃描量熱儀;臺式掃描電子顯微鏡;真空冷凍干燥機。

1.2? ?環保型微膠囊的制備

稱取一定質量的石蠟，放置在35 ℃的恒溫環境下，加入一定量的乳化劑，用攪拌器以1 500 r /min的速度攪拌10 min，得到乳白色的石蠟乳液;稱取一定質量的海藻酸鈉，加入蒸餾水并在50 ℃恒溫環境下進行充分攪拌，待其充分溶解后得到淡黃色的海藻酸鈉溶液;之后將石蠟乳液加入至海藻酸鈉溶液中進行充分的攪拌，得到預備乳液;通過注射劑將預備乳液勻速滴加至凝固浴內，使得海藻酸鈉固化得到微膠囊;將微膠囊冷凍干燥處理后得到環保型微膠囊。

1.3? ? 環保型微膠囊服裝面料的制備

將包含有相變微膠囊的黏合劑、消泡劑和分散劑的混合液加入覆膜槽中，將服裝面料浸在整理池中一段時間。

1.4? ? 蓄熱調溫性能測試

1.4.1 外貌形態測試

采用日本日立公司的TM-1000型掃描電子顯微鏡來觀察相變微膠囊的微觀形貌，并通過粒徑分析軟件來統計相變微膠囊的粒徑分布情況。

1.4.2 DSC性能測試

采用德國NETZSCH公司的200F3型差示熱掃描量熱儀，測試相變微膠囊和復合織物的相變溫度、相變潛熱等性能參數，測溫區間為 -10 ～60 ℃，升溫速率為5 ℃/min，氣氛為N2（50 ml/min），參比物為A12O3。

1.4.3降溫性能測試

取適量織物試樣置于恒溫恒濕環境（溫度=35 ℃，濕度=45 %）中24 h。待溫度和濕度穩定后，將織物試樣置-5 ℃的低溫環境中自然降溫，通過紅外測溫儀來測定織物的表面溫度;在每一樣品的不同部位各測3次，結果取其平均值，并依據所得數據繪制降溫曲線。

2? ? 結果與討論

2.1? ? 外貌形態測試結果

可以看出，相變微膠囊呈圓球形，表面較為光滑，包覆程度較高，基本沒有發生破裂。通過目鏡分析可以得到，微膠囊的平均粒徑為122.4 μm，集中分布在100～270 μm的范圍內，并且呈現出正態分布的特征。

2.2? ?DSC測試結果

可以看出：相變微膠囊的相變溫度為26.6 ℃，相變潛熱為208.5 J/g;復合織物的相變溫度為26.8 ℃，相變潛熱為44.7 J/g。進一步觀察得出：復合織物的相變點與相變微膠囊較為接近，這說明涂層行為對于相變微膠囊自身相變行為的影響很小，基本保持了相變微膠囊原有的儲熱和放熱特性。由吸熱峰面積計算出復合織物的上漿率為21.4%。

綜上所述，復合織物具有較為理想的相變潛熱，可以在外界環境溫度發生明顯變化時吸收/釋放出熱量，從而保證了人體體感舒適性。

2.3? ?降溫曲線

在降溫過程的初始階段，由于此時相變微膠囊還沒有達到相變溫度，無法起到調節溫度的功效，因此復合織物的降溫速率較大;當織物表面溫度降至30 ℃時，微膠囊中的石蠟相變材料發生相轉變并釋放出熱量，通過曲線圖可以較為明顯地觀察到，此時復合織物的降溫速率有減小的趨勢。隨著織物表面溫度的進一步降低，石蠟相變材料釋放的熱量急劇增大。隨著相變過程的持續進行，石蠟的熱焓量減少，織物的降溫速率逐漸增大，最終達到平衡。可以看出，相變微膠囊的加入顯著地降低了復合織物的降溫速率。

3? ? 結論

本研究制備了一種環保型微膠囊及其復合織物，以提升服裝穿著的舒適度和保暖度。主要結論有以下幾點：

（1）成功制備了環保型相變微膠囊;

（2）相變微膠囊的相變溫度為26.6 ℃，相變潛熱為208.5 J/g，復合織物的相變溫度為26.8 ℃，相變潛熱為44.7 J/g;

（3）由降溫曲線可知，環保型微膠囊的加入顯著地改善了織物的調溫性能。

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Abstract： In response to the general demand of consumers for green and comfortable clothing fabrics， phase change microcapsules were prepared with sodium alginate and phase change materials， and the microcapsules were coated on the surface of clothing fabrics to produce a clothing fabric that can actively adjust the microenvironment temperature. The morphology and thermal properties of the microcapsules were analyzed by SEM and DSC. The results show that the environmental microcapsule coated on the surface of clothing fabric can obviously improve the temperature regulation performance of the fabric and enhance the comfort of human wearing.

Key words： clothing fabrics; green environmental protection; composite fabric; phase change microcapsules

責任編輯? ? 盛? ? 艷