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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(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(yōu)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(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(yōu)點是無腐蝕性，融化和凝結能重復實現(xiàn)，化學性能穩(wěn)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(fā)，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(shù)，約60%，也有少數(shù)是異構烷烴和環(huán)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(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，再經過一系列的升降溫試驗后，石蠟也能表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，不過，石蠟的熱導率較低、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(wěn)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(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(huán)保無污染，極具研發(fā)潛力。依據(jù)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(fā)展和在紡織品中的應用現(xiàn)狀

1微膠囊技術的發(fā)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(fā)生反應產生顏色，這種復寫紙在1981年的產量為500000t，并有繼續(xù)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(fā)了一種機械方法，將液態(tài)或固態(tài)物質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。美國一大學藥學博士發(fā)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(xiàn)在大量使用的流化床制粒系統(tǒng)，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(yī)藥、農業(yè)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(fā)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(fā)展，出現(xiàn)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(xiàn)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(fā)展為緩釋功能的應用提供了很大的發(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?yōu)殚_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(huán)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(tài)而減慢芯材釋放，產生受控制的性能而達到自適應外部環(huán)境的效果?，F(xiàn)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(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(huán)境，使人體始終處于一種舒適的狀態(tài)。蓄熱調溫纖維和紡織品可用于普通服裝、運動服裝、職業(yè)服裝、室內裝飾、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(xiàn)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(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，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。