一种微胶囊化复合相变材料及其生产和应用的制作方法

本发明涉及纺织纤维技术领域，具体涉及一种微胶囊化复合相变材料及其生产和应用。

背景技术：

智能调温纤维和纺织品是指在纤维和纺织品加工过程中加入一定量的相变材料，利用该材料对热量的吸收与释放，达到保持周围环境恒温的一种蓄热调温功能纤维。这类纤维在制作服装和床上用品时，具有非常好的智能调温功能：当环境温度或人体皮肤温度达到纤维中相变材料的熔点时，相变材料吸收热量，从固态转化成液态，以此在服装或床品的内层产生短暂的致冷效果。

但是，现有的相变材料在进行固-液相变时，由于体积变化大的原因，容易发生渗漏。为了克服上述问题，胶囊化相变材料应运而生。当前，胶囊化相变材料存在着含有甲醛或其他有毒有害物质以及相变材料热交换效果差等问题。

因此，纺织纤维技术领域需要一种高效、环保的微胶囊化相变材料。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种微胶囊化复合相变材料。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微胶囊化复合相变材料，所述微胶囊化复合相变材料的芯材材质为多晶氮化铝-癸酸复合物，囊材的材质为聚乙烯醇。

本发明公开了一种微胶囊化复合相变材料的制作方法，包括如下步骤：

s1.将癸酸、多晶氮化铝与十六烷基三甲基氯化铵按比例混合均匀，在高速搅拌剪切作用下，逐渐加入60-70℃的热水，保温并高速剪切80-120分钟，然后缓慢降温至25-30℃，得到多晶氮化铝-癸酸复合物乳液。

s2.检测多晶氮化铝-癸酸复合物乳液中乳胶粒子的粒径大小、分布和导热系数，保证乳胶粒子的粒径小于1um，均匀分布在乳液中，乳胶粒子的导热系数大于1.0w/(m·k)；若乳胶粒子粒径较大或乳胶粒子分布不均，则重复s1并增加剪切速度；若乳胶粒子导热系数小于1.0w/(m·k)，则重复s2并增加氮化铝的含量。

s3.将通过检测的多晶氮化铝-癸酸复合物乳液加入聚乙烯醇水溶液中，加热至50-70℃，并将ph调节5-8，高速搅拌60分钟。然后缓慢降低搅拌速度并冷却至室温，过滤分离，并用二氯乙烷洗涤干燥，使聚乙烯醇包覆在s1的乳胶粒子上，得到初料。

s4.将s3所得初料重复s3的步骤，进行二次包覆，得到微胶囊化复合相变材料。

本发明还公开了一种微胶囊化复合相变材料的应用，所述微胶囊化复合相变材料用于制备调温丙纶纤维棉，其应用方法包括如下步骤：

步骤一、将微胶囊化复合相变材料、聚醋酸乙烯乳液、羟基丁苯胶乳、十二烷基苯磺酸钠在反应釜中搅拌并混合均匀，制得组分a。

步骤二、将多亚甲基苯多异氰酸酯和甲基苯磺酰氯在干燥反应釜中混合搅拌得到组分b。

步骤三、将组分a和组分b共混后迅速喷涂于丙纶纤维表面，待胶接固化后得到基于微胶囊化复合相变材料制作的丙纶纤维棉。

作为改进，所述微胶囊粒径为0.5-3.0um。

作为改进，s1中所述癸酸、多晶氮化铝和十六烷基甲基氯化铵的重量份数分别为：40-50份，10-20份，1-2份。

作为改进，所述步骤一中胶囊化复合相变材料、聚醋酸乙烯乳液、羟基丁苯胶乳、十二烷基苯磺酸钠的用量以重量份数计分别为：40-50份，20-40份，20-40份，3-5份；所述步骤2中多亚甲基苯多异氰酸酯和甲基苯磺酰氯的用量以重量份数计分别为：10-20份，10-20份。

本发明的优点在于：

1.本发明采用高相变潜热的癸酸与高导热系数的多晶氮化铝复配制备出相变材料。癸酸具有高相变潜热，其相变温度为31.5℃，为人体最舒适的适应调节温度。但是其导热系数较小，与外界的热交换能力较弱。多晶氮化铝具有较好的导热系数，其热膨胀系数低，与癸酸具有良好的相容性，复配入多晶氮化铝后可以提高材料的热传导系数，具有较的相变效果。

2.本发明采用聚乙烯醇作为微胶囊的囊材，可以制备出结构可控、包覆层致密性高、相比潜热大、环境友好的微胶囊化复合相变材料。

3.本发明使用羟基丁苯胶乳改性聚醋酸乙烯乳液为主体组分，多亚甲基苯基多异氰酸酯为交联剂的胶粘剂，实现微胶囊化复合材料与丙纶纤维之间的化学键粘接，保证了相变材料在丙纶纤维上长效、耐久、可控的智能调温作用。

附图说明

图1为实施例1中微胶囊化复合相变材料的微胶囊结构图；

图2为实施例1中聚醋酸乙烯交接微胶囊的外层微观形貌；

图3为实施例1中聚醋酸乙烯交接微胶囊的内层微观形貌。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限定本发明的保护范围。

实施例1

本实施例公开了一种微胶囊化复合相变材料，包括氮化铝-癸酸复合物材质的芯材和聚乙烯醇材质的囊材。

本实施例制作微胶囊化复合相变材料的步骤如下：

s1.将50g癸酸、15g多晶氮化铝与1g十六烷基三甲基氯化铵混合均匀，在高速搅拌剪切作用下，逐渐加入60℃的热水，保温并高速剪切120分钟，然后缓慢降温至25-30℃，得到多晶氮化铝-癸酸复合物乳液。

s2.检测多晶氮化铝-癸酸复合物乳液中乳胶粒子的粒径大小、分布和导热系数，保证乳胶粒子的粒径小于1um，均匀分布在乳液中，乳胶粒子的导热系数大于1.0w/(m·k)；若乳胶粒子粒径较大或乳胶粒子分布不均，则重复s1并增加剪切速度；若乳胶粒子导热系数小于1.0w/(m·k)，则重复s2并增加氮化铝的含量。

s3.将通过检测的多晶氮化铝-癸酸复合物乳液加入200ml质量分数为40％聚乙烯醇水溶液中，加热至70℃，并将ph调节至中性，高速搅拌60分钟。然后缓慢降低搅拌速度并冷却至室温，过滤分离，并用二氯乙烷洗涤干燥，使聚乙烯醇包覆在s1的乳胶粒子上，得到初料。

s4.将s3所得初料重复s3的步骤，进行二次包覆，得到微胶囊化复合相变材料。

本实施例还公开了使用微胶囊化复合相变材料制作调温丙纶纤维棉的步骤：

步骤一、将50g微胶囊化复合相变材料、20g聚醋酸乙烯乳液、30g羟基丁苯胶乳、5g十二烷基苯磺酸钠在反应釜中搅拌并混合均匀，制得组分a。

步骤二、将20g多亚甲基苯多异氰酸酯和15g甲基苯磺酰氯在干燥反应釜中混合搅拌得到组分b。

步骤三、将组分a和组分b共混后迅速喷涂于丙纶纤维表面，待胶接固化后得到基于微胶囊化复合相变材料制作的丙纶纤维棉。

实施例2

本实施例公开了一种微胶囊化复合相变材料，包括氮化铝-癸酸复合物材质的芯材和聚乙烯醇材质的囊材。

本实施例制作微胶囊化复合相变材料的步骤如下：

s1.将50g癸酸、15g多晶氮化铝与1g十六烷基三甲基氯化铵混合均匀，在高速搅拌剪切作用下，逐渐加入70℃的热水，保温并高速剪切80分钟，然后缓慢降温至25-30℃，得到多晶氮化铝-癸酸复合物乳液。

s2.检测多晶氮化铝-癸酸复合物乳液中乳胶粒子的粒径大小、分布和导热系数，保证乳胶粒子的粒径小于1um，均匀分布在乳液中，乳胶粒子的导热系数大于1.0w/(m·k)；若乳胶粒子粒径较大或乳胶粒子分布不均，则重复s1并增加剪切速度；若乳胶粒子导热系数小于1.0w/(m·k)，则重复s2并增加氮化铝的含量。

s3.将通过检测的多晶氮化铝-癸酸复合物乳液加入150ml质量分数为60％聚乙烯醇水溶液中，加热至50℃，并将ph调节至ph＝6，高速搅拌60分钟。然后缓慢降低搅拌速度并冷却至室温，过滤分离，并用二氯乙烷洗涤干燥，使聚乙烯醇包覆在s1的乳胶粒子上，得到初料。

s4.将s3所得初料重复s3的步骤，进行二次包覆，得到微胶囊化复合相变材料。

本实施例还公开了使用微胶囊化复合相变材料制作调温丙纶纤维棉的步骤：

步骤一、将50g微胶囊化复合相变材料、40g聚醋酸乙烯乳液、20g羟基丁苯胶乳、5g十二烷基苯磺酸钠在反应釜中搅拌并混合均匀，制得组分a。

步骤二、将20g多亚甲基苯多异氰酸酯和10g甲基苯磺酰氯在干燥反应釜中混合搅拌得到组分b。

步骤三、将组分a和组分b共混后迅速喷涂于丙纶纤维表面，待胶接固化后得到基于微胶囊化复合相变材料制作的丙纶纤维棉。

图1为本发明微胶囊化相变材料的结构图，微胶囊的芯材为多晶氮化铝-癸酸复合物，囊材为聚乙烯醇。癸酸具有较高的相变潜热，且其相变温度为在人体适宜的温度范围内，多晶氮化铝可以有效改善芯材的导热效果，弥补癸酸导热效果不足的问题。聚乙烯醇可以溶解于水相，形成均相溶液，并通过改变其水溶液浓度、粘度和ph值来完成芯材的可控封装。并通过二次包覆技术，保证芯材包裹的致密性。

表1微胶囊芯材材质的导热效果

从表1可知，多晶氮化铝-癸酸复合物具有优异的热传导性能，可作为微胶囊化相变材料的芯材。

微胶囊包覆层之间通过聚醋酸乙烯乳液胶层以及多亚甲基苯多异氰酸酯的交联反应作用，实现微胶囊的连续过渡性聚集。如图2和图3所示，微胶囊粒径在0.5-3um内，彼此之间相互胶粘在一起，无论内层还是外层均粘接的较为紧密；胶粘微胶囊可以实现平面和纵向的铺展和堆叠，因此微胶囊化相变材料可以通过涂层的方法实现在丙纶纤维表面的大比例填充。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不等同于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，不脱离本发明的精神和范围下所做的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

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