水性聚氨酯储能材料的相变机理及智能粘胶纤维

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随着越来越多的消费者倾向于购买功能性纺织品,开发功能/智能面料、增加纺织品的技术含量、提高服饰的功能性,已成为纺织行业的一大趋势,同时也成为纺织品企业在国内外市场占据优势地位的条件之一。本文首先设计并制备了一系列水性聚氨酯相变储能材料(WPUPCM),然后采用纺前共混的方法,通过湿法纺丝工艺,使用WPUPCM和粘胶制备了水性聚氨酯智能调温粘胶纤维(WTRVF)。本研究采用溶胶-凝胶法制备了PEG/SiO2PCM,然后使用后整理方法,制备了PEG/SiO2智能调温粘胶纤维(PEG/SiO2TRVF),并对通过直接成纤和后整理制备的两类智能调温纤维(WTRVF和PEG/SiO2TRVF)进行了比较。首先,本文以MDI、HDI、PEG、扩链剂(DMPA、BDO、EDA)、催化剂(DBTDL)、中和剂(TEA)等为主要原料,制备了一系列M-WPUPCM和H-WPUPCM的乳液、膜和块。应用正交试验法,以乳液粒度为评价指标,确定了制备乳液的最佳方案。FTIR测试结果表明,实验合成了M-WPUPCM和H-WPUPCM。热性能测试表明,WPUPCM是相变过程可逆、热循环稳定性很好的调温材料。对微观形貌的分析显示,WPUPCM膜的表面粗糙度随乳液粒径的增大而提高。POM测试表明:室温下PUPCM仍以结晶态存在,但比PEG的晶体尺寸小;WPUPCM的相转变过程实质上是样品中PEG的无定形态和结晶态的交替过程。TG-FTIR测试表明:PUPCM热分解过程的主要产物是CO2。以M-WPUPCM乳液、H-WPUPCM乳液和粘胶纤维原液为原料,应用工厂小试设备,采用湿法纺丝制备了M-WTRVF和H-WTRVF。微观形貌分析表明,WPUPCM与VF结合良好,H-WTRVF的截面比M-WTRVF的更规整。FTIR测试表明,WPUPCM与VF没有发生化学反应。热性能测试表明,WTRVF的相变焓随WPUPCM含量的增加而增大,M-WTRVF的熔融焓比H-WTRVF低;WTRVF的相变过程可逆、热循环稳定性很好。WTRVF可实现工业化生产,且其热性能明显优于现有市售产品,具有很高的市场应用价值。耐水洗性能测试显示,WTRVF的耐水洗性能良好。极限氧指数(LOI)测试表明,WPUPCM的加入未增加VF产品的火灾隐患。TG-FTIR测试显示,WTRVF的高温燃烧产物主要为H2O和CO2,无有毒有害气体产生。WTRVF的干态强度、断裂伸长率较VF都稍有下降,与微胶囊TRVF的降幅相当,但WTRVF的相变焓明显高于后者;添加WPUPCM后,纤维的摩擦阻力变小,回潮率提高,手感稍有改善,柔软、平滑度有一定提高。WPUPCM的加入使VF的蓬松度稍有改善。随着WPUPCM含量的增加,WTRVF的升温(降温)速率减小,而且保持缓慢升温(降温)的时间也延长,即调温效果提高;升、降温达到600s时,WTRVF与普通VF的最大温差分别7℃和6.5℃。采用溶胶-凝胶法制备了PEG/SiO2PCM。PEG/SiO2PCM中二氧化硅的网络结构对PEG进行了有效包裹,解决了固-液相变过程中漏液的问题。在此基础上制备的PEG/SiO2TRVF具有良好的调温效果。织物的手感比处理前稍差,这是由于纤维表面存在许多细小颗粒。随着PEG/SiO2PCM含量的增加,纤维织物的调温能力提高;升、降温达到600s时,PEG/SiO2TRVF与普通VF的最大温差分别为8.2℃和6.2℃。水洗对调温织物热性能影响较大,但仍然保持较大的相变焓。与PEG/SiO2TRVF相比较,WTRVF的服用性能和耐水洗性能优势明显。
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