聚氨酯微胶囊在纺织品上的应用毕业设计(编辑修改稿)

聚氨酯微胶囊在纺织品上的应用毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

能够进行 缩聚反应。 原 位 聚 合 法 将芯材被分散到含有成壳单体的溶液中，预聚体在液滴表面发生聚合反应并沉积形成壁 材。 粒径尺寸与囊壁厚度易控制，工艺简单，成本低。 要求单体 可溶，聚合 物不可溶。 相 分 离 法 将芯材分散到含有壁材 的溶液中，加入凝聚剂使壁材凝聚形成微胶囊。 聚合物不溶解并沉淀，制备的微胶囊形态规则，粒径较小。 凝聚的过 程可逆，体 系不稳定。 西安工程大学本科毕业设计（论文） 4 相变调温材料在纺织服装中的应用更好的提高了人体温度舒适性。 在正常情况下，人体产热与散热均得到动态平衡，才能保持体温的相对恒定。 对于含有相变材料的服装来说，在外部环境条件与自身活动条件的交互作用下，该类服装能够发挥辅助体温调节功能，使人体保持热平衡，即净产热量与净散热量相等。 相变材料在整个热交换过程中能够根据人体体温或外界环境温度主动吸收及储存热量，从而起到管理和降低热量、湿度的作用虽然其热调节的效率与相变材料本身的热洽值及添加量等因素有关，能在一定程度和时间段内起到调温的效果。 相变调温 技术作为一种新的服装微气候调节手段与吸湿排汗类纺织品不同。 对于吸湿排汗类纺织品来说，它能够对皮肤出汗做出反应，吸掉皮肤上的汗水，从而控制湿度，而当其开始发挥作用时，人体已经感受到过热和出汗等不适。 而相变调温技术能够主动管理热量，在皮肤出汗之前就能控制皮肤温度，防止出汗，能够更好的提升体感舒适度。 相变微胶囊的蓄热调温机理示意图如图 11 所示。 图 11 相变微胶囊的蓄热调温机理 西安工程大学本科毕业设计（论文） 5 微胶囊相变材料整理织物的工艺 用相变材料微胶囊整理织物是将 MEPCM 添加到整理液或涂层剂中，通过织物后整理方法，依靠黏合剂的作用使相变材料黏接在纤维或织物上，从而获得蓄热调温纺织品。 采用后整理技术得到的蓄热调温纺织品的耐水洗性和耐久性的报道较少，且关于织物的组织结构、织物密度、微胶囊质量分数、涂层密度对蓄热调温性能的研究不够深入。 相比直接纺丝法，通过后整理方法附着在织物表面的微胶囊理论上易磨损和脱落，因此，整理液中涂层剂的选择需与微胶囊壁材和纤维的化学成分结合性均好。 纺织应用领域，一般通过浸轧法和涂层法等方法将微胶囊相变材料附加到纺织品上制成蓄热调温纺织品。 常用的 PU、 丙烯酸类黏合剂对 MEPCM 具有良好的粘接性和成膜强度。 通过选用适当比例的整理液配方，及后整理技术得到的织物具有较好的平整度和调温性能，但织物表面的涂层易形成薄膜覆盖纱线及中间空隙从而影响织物透气性。 浸轧法 采用浸轧方式可使 MEPCM 均匀分布于织物表面并深入纱线内部，获得均匀的调温效果。 通过浸轧法将 MEPCM 整理到织物上要求整理液黏度低、分散均匀方可实现胶囊深入织物内并均匀分布。 涂层法 通过涂层加工的方式可将相变材料黏接在织物上，目前多采用直接涂层和泡沫涂层 2 种涂层方法，其他涂 层方法因对微胶囊自身的耐热性和抗拉、压缩性能要求较高而受限。 受涂层剂的浓度和涂层厚度的影响，涂层织物的透气性和柔软性均比浸轧整理织物差。 西安工程大学本科毕业设计（论文） 6 微胶囊的界面聚合原理 图 12 界面聚合法生成微胶囊流程及示意图 异氰酸根的有关反应原理 异氰酸酯的反应机理 异氰酸酯指结构中含有异氰酸酯（－ NCO，即 N==C==O）基团的化合物，其化学活性适中。 一般认为异氰酸酯基团具有如下的电子共振结构： R N C O OCNR OCNR 根据异氰酸酯基团中 N、 C、 O 元素的电负性排序： O()N()C()，三者获得电子的能力是： O＞ N＞ C。 另外： — C=O 键键能为 733kJ/mol， C=N键键能为 553kJ/mol，所以碳氧键比碳氮键稳定。 因此，由于诱导效应在 N=C=O 基团中氧原子电子云密度最高，氮原子次之，碳原子最低，碳原子形成亲电中心，易受亲核试剂进攻，而氧原子形成亲核中心。 西安工程大学本科毕业设计（论文） 7 当异氰酸酯与醇、酚、胺等含活性氢的亲核试剂反应时， N=C=O 基团中的氧原子接受氢原子形成羟基，但不饱和碳原子上的羟基不稳定，经过分子内重排生成氨基甲酸酯基。 反应如下： 异氰酸酯的反应 异氰酸酯基团具有适中的反应活性，涂料化学中常用的反应有异氰酸酯基团与羟基的反应，与水的反应，与胺基的反应，与脲的反应，以及其自聚反应等。 其中多异氰酸酯同羟基化合物的反应尤为重要，其反应条件温和，可用于合成聚氨酯预聚体、多异氰酸酯的加和物以及羟基型树脂（如羟基丙烯酸树脂、羟基聚酯和羟基短油醇酸树脂等）的交联固化。 配漆时 nNCO:nOH 一般在 1～ ：1。 水性化多异氰酸酯用于水性羟基组分的交联，此时 nNCO:nOH一般在 ～ ：1。 异氰酸酯基和水的反应机理 如下： R N C O + R NH CO O HH 2 O R NH CO O H R N H 2 + C O 2 该反应是湿固化聚氨酯涂膜的主要反应，也用于合成缩二脲以及芳香族异氰酸酯基的低温扩链合成水性聚氨酯。 脂肪族异氰酸酯基活性较低，低温下同水的反应活性较小。 一般的聚氨酯化反应在 500C－ 1000C 反应，水的分子量又小，微量的水就会造成体系中 NCO 基团的大量损耗，造成反应官能团的摩尔比变化，影响聚合度的提高，严重时导致凝胶，因此聚氨酯化反应原料、盛器和反应器必须做好干燥处理。 异氰酸酯基和胺的反应生成脲，反应如下： R N H 2 N R , R NH CO N R ,HC O + R 1 N H O R 2 [ R 1 N CO R 2O H ] R 1 NH COO R 2C O +西安工程大学本科毕业设计（论文） 8 取代脲氮原子上的活性氢可以继续与异氰酸酯基反应生成二脲、三脲等，聚脲通常为白色的不溶物，因此可用苯胺检验 NCO基的存在。 反应温度对脲的生成影响较大，如在制备缩二脲时，反应温度应不高于 1000C。 异氰酸酯基和胺的反应常用于脂肪族水性聚氨酯合成时预聚体在水中的扩链，此时胺基的活性远大于水的活性，通过脲基生成高分子量的聚氨酯。 另外，位阻胺（如 MOCA，即 3， 3′二氯 4， 4′ 二氨基二苯基甲烷）活性适中，可以同预聚体的 NCO 基在室温反应。 芳香族异氰酸酯基在 100℃以上可以 和聚氨酯化反应所生成的氨基甲酸酯基反应生成脲基甲酸酯。 所以聚氨酯化反应的反应温度应低于 100℃，以防止脲基甲酸酯的生成而导致支化和交联。 异氰酸酯还可以发生自聚反应。 其中芳香族的异氰酸酯容易生成二聚体－脲二酮： A r N C O A r 加 热 A r NCCON A rOO C N+ 该二聚反应是一个可逆反应，高温时可以分解。 在催化剂存在下，二异氰酸酯会聚合成三聚体，其性质稳定、漆膜干性快，属于高端的双组分聚氨酯涂料的多异氰酸酯固化剂，预计其应用将不断增长。 三 聚反应是不可逆的，其合成催化剂主要有叔胺、三烷基磷、碱性羧酸盐等。 二异氰酸酯合成三聚体时可以用一种单体也可以用混合单体，如德国 Bayer 公司的 Desmoder HL 就是 TDI 和 HDI 合成的混合型三聚体。 R 2 NHCOR 3 NCCOOR 3N HR 1 N C O + R 2R 1西安工程大学本科毕业设计（论文） 9 3 R N C OR NCCONCORRO 相变材料在纺织领域上的应用 军用服装 储热调温纺织品不仅仅具有一般服装纺织品的基本性能，而且可以在一定的环境下可以自动调节温度，增加穿着的舒适性，因而越来越受到纺织行业的关注与重视。 目前储热调温纤维利用去在军事上 的应用并已经投入生产的主要有飞行员保暖手套、军用作战靴、潜水服以及海军陆战队冷却服等。 此外，调温纺织品可应用于军事红外线伪装服，军事应用上的红外波段分布为 m 的近红外和 315μ m 的远红外。 红外热像仪利用高于环境温度的温度都会向外发射红外辐射而使之成像的原理进行侦查，而调温纺织品能缓冲人体散发的热，降低热红外辐射，从而减少或消除目标与背景的亮度差别达到伪装的目的。 储热调温纤维及纺织品能够在一定的温度范围内缓冲人体散发热量，减低热辐射，有望在红外伪装领域起到一定的作用。 民 用服装 PCM 能够吸收运动员因剧烈运动产生的大量热量，从而使穿着者避免过快的体温上升产生头晕、乏力等不良症状。 因此相变材料最适宜应用于运动服装领域。 此外，人体的足部温度一般都要低于体温 2~3℃，并且脚在日常生活中总是处于运动和静止的交替状态，因此将调温纺织品用于制造鞋衬材料和袜子是维持足部温度恒定，黄杰足部交替变化过程中温度差异的一个有效的方法。 相变调温材料生产的民用纺织品，己经逐步市场化。 床上用品，室内装饰 调温纺织品可用做床单、被面和睡袋等床上用品，还可用于窗帘、地毯等室内装饰 上。 调温织物在一定温度内，具有自动调节温度的性能。 当环境温度发生波动时，相变调温织物能通过储存和释放出一定量的潜热维持环境温度的水平平西安工程大学本科毕业设计（论文） 10 衡，减小温度梯度，从而享受舒适的生活环境。 同时采用调温织物制备窗帘，能够有效的减缓室内温度变化，有研究表明能量， 储热调温窗帘与不含相变材料的普通窗帘相比，其热流量可降低 30%。 保护性装置 PCM 还可以应用在头盔、膝盖及肘部护垫等保护性装置上。 储热调温织物可以适当的控制这些部位汗液的产生及排放。 通过 PCM 的 吸收存储和重新分配再释放身体的热量调节身体局部温度的平衡，减少湿热的产生，从未提供适当的冷却度，保护人体的健康。 现在具有储热调温性能的化学靴、登山靴已经面市。 手套和调温鞋垫也是调温纺织品的重要用途之一，含有相变材料的手套还被应用于足球守门员。 汽车内织物 人的身体通过普通座椅与外界交换的热、湿量少，易引起人体不适。 含 PCM 织物的座椅，可吸收多余热量，改善座椅的热舒适性。 汽车内部采用智能调温纺织品作为内衬同样也可以为乘客提供温度调节效果。 对汽车内部地板、座椅、车顶以及仪表 盘等物品应用储热调温纺织品，研究结果显示对于面积为 的车顶，车顶内衬中相变材料能够吸收大约 150J 的热量；应用于座椅的调温纺织品不仅可以通过相变材料的相变吸收乘客多余的热量，也减少了乘客身体湿气的产生，同时也为汽车节约了能耗。 医疗卫生用品 采用储热调温纤维和纺织品用于制备医疗卫生材料，前景乐观。 这主要由于手术过程中高强度、长时间的工作性质及高密闭的工作环境所导致的。 在这种极度长时间精神紧张的环境下体力消耗大，身体散热难以排放，中暑事件时有发生。 使用调温隔离服，可以提高工作 效率和身体的舒适性及抵抗力。 目前已经进行研究的颈套、枕芯具有医疗保健作用已经得到证实；采用储热调温织物作为绷带相对普通绷带可以使患者手术部位保持更加舒适的温度和湿度，加速伤口的愈合，减少感染，为患者和医护人员带来福音。 此外智能调温织物还可以应用于婴儿尿布上，减小温度波动幅度，增强婴儿的舒适性。 西安工程大学本科毕业设计（论文） 11 本研究研究目的和意义 相变微胶囊的出现，带动了蓄热调温织物的发展。 含相变微胶囊的织物可以有效地改善人体与织物间的微气候，增强织物的舒适性和功能性。 但是受到目前科技发展水平的局限，蓄热调温织物的热调节功能不是无 限的。 只有当织物周围环境温度不断在其相变温度范围变化时，织物中的相变微胶囊才能最大地发挥作用。 为了进一步增加相变材料微胶囊壳体的交联密度，使得微胶囊相变材料的应用更加广泛，本文提出采用 TDI 或 IPDI 分别同含有三个伯羟基的聚醚多元醇反应来获得具有三元网状结构壁材的致密性微胶囊，再通过后整理的方法将制备的微胶囊相变材料整理到织物上，制备蓄热调温纺织品。 具体研究内容有以下几个方面。 （ 1)乳化转速、时间、用量对乳化效果的影响； （ 2)温度对微胶囊制备效果的影响； （ 3)粘合剂浓度、焙烘温度对织物的增重率和水洗牢 度的的影响； (4)微胶囊浓度对织物控温效果的影响。 西安工程大学本科毕业设计（论文） 12 第 2 章 实 验 实验药品及仪器 实验仪器 本实验使用的实验仪器、及生产厂家见表 21所示。 表 21实验仪器 仪器名称 生产厂家 剪切乳化搅拌器 上海标本模型厂 数显电动热恒温水浴锅 北京科伟永兴仪器有限公司 台式电热恒温干燥箱 天津市泰斯特仪器 红外线干燥箱 上海光地仪器设备有限公司 光学显微镜 上海光学仪器有限公司 点温计 广州优德利有限公司 电热恒温鼓风干燥鼓风箱 北京科伟永兴仪有限公司器 实验药 品及试剂 本实验需要的实验药品、规格及生产厂家见表 22所示。 表 22实验药品 药品名称。