聚乙二醇在相变纺织材料上的应用研究

RFE科学研究聚乙二醇在相变01010109010101100101纺织材料上的应用研究冯洁王府梅(东华大学上海市200051)摘要:对聚乙二醇(PEG)进行冷热循环处理时,其超分子结构会发生某种相变,从而改变宏观性质而具有特殊的蓄热调温性能。PEG的相变温度随聚合度变化而变化,在服装应用方面一般采用30-35℃,接近于体温的PEG。以PEG作为相变材料用不同方式添加到纺织材料上,可以使织物具有双向调温的特殊功能关键词:相变蓄热调温聚乙二醇相变材料(PCMs, Phase变材料的性质,般可分为有机相殊的高温环境。常温、低温材料相变Change Materials)是一种利用相变变材料、无机相变材料和复合桕变温度为-20~200℃,主要是一些无潜热来贮能和放能的化学材料,其材料三大类。根据相变材料相变过机水合物、有机物、高分子材料,适原理是利用所含有的相变物质随程的形态,又可分为固-液、固-固、用于工农业民用等外界温度升高时吸收储存热量,自固-气、液一气四种相变形态。其中近年来对贮能材料的研究,主身由固态变成液态,当温度降低时,发展较快,研究和应用较多的是要以无机水合物为主。其特点是具由液态变成固态,放出相变物质储固-液相变。根据相变温度,相变材有较高的潜热和良好的导热性,但存的热量,从而实现某产品的温度料可分为高温、常温和低温材料。高易发生相分离,有较严重的过冷现自调节功能,创造舒适的温度环境。温材料相变温度为200~1000℃,主象。而石蜡、脂肪酸、多元醇和酯等相变储能材料的种类很多,根据相要是一些无机盐类,适用于一些特有机化合物具有过冷程度小、无相科学研究CE分离等优点,因此研究有机相变贮有实用价值。的性质或性能。PEG和纤维素在二能材料聚乙二醇(PEG)颇具实22交联沉积法甲基亚砜/多聚甲醛( DMSO/PF)际意义。PEG在交联剂 DMDHEU(2D的溶剂体系中表现出良好的相容1不同分子量聚乙二醇的相变热树脂)、MgC1,61O檬酸的作性再生共混物的相变焓始较大,相变性质用下,可与纤维素纤维发生交联反性质为固-固相转变。应,形成纤维一聚合物线性或网状25微胶囊法和涂层法聚乙二醇是一种常用相变材粘接模式沉积、固着在纤维上将颗粒平均直径为5μm的含料,在对聚乙二醇进行冷热循环处这种方法具有工艺简单、流程有PEG的微胶囊与粘合剂、分散理时,其超分子结构会发生某种相短、操作方便、成本低等特点,有较剂、消泡剂等混合均匀涂敷在织物的转变,从而改变宏观性质而具有高的开发价值。采用交联方式将或非织造布表面,在适宣温度下干特殊的蓄热调温性能。聚乙二醇由PEG添加到纺织材料上,除了能赋燥然后将织物或非织造布皂洗除于聚合程度的不同,可形成一系列予纺织材料特殊的蓄热调温功能去未反应成分,干燥后得到具有吸平均分子量为200~20000的聚合外,也使纺织材料的其他性能有所收和放出热量功能的织物或非织造物。此类聚合物在常温20℃下,当改善。改善的性能包括抗菌活性、布,或者将微胶囊混入纺丝液中混平均分子量高于600时以固态形式回弹性、回潮率耐磨性、抗起毛起合纺丝。图1为相变材料微胶囊和存在。其发生固-液、固-固的相变球性、抗静电性及易去污性能等等。涂层织物的扫描电子显微镜照片。温度随聚合度的变化而变化。应用但在改善上述性能的同时,织物的于服装时一般釆用30-35℃,接近强力也呈现出不同程度的下降。于体温。以PEG作为相变材料用不23复合纺丝法同方式添加到纺织材料上,可以使将聚合物和PEG熔体或溶液织物具有双向调温的特殊功能。按一定比例来用复合纺丝技术直2PEG制成相变材料的方式接纺制成皮芯型相变纤维。为了改善可纺性和减小PEG在加工过程中21填充纤维法化学稳定性对工艺的影响,一般要早期的相变纤维大多通过两个添加第三组分。以聚丙烯(PP)和分步骤制备,先制成中空纤维然后将子量为10020000的PEG及增其浸渍在相变材料中,使中空部分稠剂为原料,采用熔融复合纺丝法、一充满PCM,经干燥再利用特殊技术研制出以PEG为芯层的皮芯复合相将纤维两端封闭。Vigo等人自20世变材料。将该纤维加工成490g/m2图1相变材料微胶囊和涂层织物纪80年代中期开始研究将中空纤维的非织造布,在环境温度355℃左电子显微镜扫描照片浸渍于低分子量的PEG(M<1000右时内部温度比纯PP非织造布低或塑晶材料的溶液或液体中,使33℃,在269℃左右时内部温度比科研人员将PEG作为PU合PEG或塑晶进入到纤维内部得到纯PP非织造布高61℃。成的多元醇组分,通过选择和设计了在-40~60℃温度范围内具有相24共混产生相变材料PEG的聚合度和含量,使得PU涂变特性的纤维高聚物经过共混后,由于受到层中的PEG相区的相变转化温度该方法设备操作简单,但是由共混物中其他聚合物的作用和影恰好在人们感觉最舒适的温度范于低分子量的PG溶于水,在织物响聚合物的某些性质会发生很大围内。这样,环境温度高于其熔融洗涤过程中会逐渐损失,因此不具变化赋予高聚物本身不具备的新温度时涂层相变吸热,同时聚合物E科学研究体积膨胀,亲水基团空间体积增大,气候冷却服装等。noJ S, Vigo T L Teempera-热运动加剧透气量增大,排热排汗(3)鞋衬ture-Adaptable Textiles Containing速度加快,使人有凉爽的感觉;当环由于其特有的热能吸收和释放 Durably Bound Polyethylene Gly-境温度低于结晶温度时,PEG链段功能,可使激烈运动产生的热量及cols. Textile research Journal,1987,结晶,PU涂层相变放出热量,同时时被相变物质吸收,并在运动停止57(7):427~429封闭孔隙,又由于亲水基团活性降后释放使脚部温度相对恒定,增加3马晓光聚乙二醇蓄热调温性能低,透气量减少,从而具有良好的挡舒适感及其在功能纺织品上的应用.功能风和保暖性能(4)医疗用途高分子学报2003(16):367~372美国 Polytech公司的 Ureatech涂层织物用于手术服,可防止4王腾,晏雄智能复合材料的开产品即为此类织物。液体透过,防止部分细菌感染。蓄发应用及进展.纺织导报2004(4):3PEG相变材料的用途热调温织物用做医用恒温绷带,可防止局部温度过高,防止出汘引起5徐伟亮.常低温固-液相变材料PEG相变材料由于PEG自身伤口感染,影响伤口愈合,也可防的研制和应用.现代化工1998(4)独特的相变特性和跨度较大的相止冻伤,还可用作烧伤病人的服14-15变温度,使得PEG相变材料在许多装6王玮玲,于伟东.相变纤维的特方面得到应用(5)建筑材料征与作用北京纺织2003(6):12-14(1)日用品将PEG高聚合度的相变材料7 Xiaoming Tao. Smart fibers,fib如保暖服装、电器防热外壳、保添加在水泥中,或用做建筑屋顶或 rics and clothing. Word publishing鲜盒、保温盒、取暖器、储能炊具寝其他材料。Limited in association with the Tex具等。还可用做窗帘、床单、被面或(6)其他tile Insititute. 2001保温絮片,其用于睡袋的保温絮片用于汽车内衬、电池隔板。8贺昌城,顾振亚智能型纺织品已市场化。针织工业199(4):48-52参考文献(2)军用和航空航天9何厚康,张瑜等相变纤维的研一般用于飞行保暖手套、军用1马晓光聚乙二醇在功能纺织品究和发展合成纤维20022):18-2冷或热气候作战靴、军用民用潜水上的应用.产业用纺织品2003(4):10张兴祥.蓄热调温纤维及纺织服、防火装具、冬服、海军陆战队微26-29品简介纺织信息周刊2005(2):14(上接第7页)就可以降低产品重量,并缓解人员(5):54和橡胶的酎老化性结合,但目前也的疲劳。研究防刺穿鞋应对防刺穿、2蔡夏林国内外劳动防护鞋在安处于探索阶段。防滑和舒适等方面全面考虑。在聚全性能上的差距.中国个体防护装绪语酯的耐候性尚未取得突破的情况备.2003(2):14下,橡胶在制鞋方面仍有很大的应3李国华,王井昌高新材料对体多种功能合一是防护鞋的发展用范围。育运动发展的影响.西安体育学院趋势。在保证功能符合要求的前提学报199,16(2)参考文献下,探索使用新材料取代金属作为4范华,吴良义,丁著明耐候性聚防刺穿层成为研究方向之一,如果1闵宝乾,陈学灿国外安全防护氡酯用稳定剂聚氯酯工业.2004,19在髙强度和柔软性之间找到平衡,鞋标准简介检验检疫科学200,13(4):5