本發(fā)明涉及一種復(fù)合相變材料的應(yīng)用，特別涉及一種基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備及其制備方法。
背景技術(shù)：
：相變材料特有的相變潛熱性能，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的儲(chǔ)、放熱量，能夠?qū)崿F(xiàn)低品位能源、廢棄熱源及可再生能源的利用。相變儲(chǔ)熱材料一般可分為無機(jī)相變儲(chǔ)熱材料、金屬相變儲(chǔ)熱材料、有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料和復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料。無機(jī)相變儲(chǔ)熱材料主要包括結(jié)晶水合鹽、金屬鹽水合物、活性白土及礦棉等。無機(jī)相變材料在相變過程中容易出現(xiàn)過冷和相分離現(xiàn)象，其制冷、熱能力受到影響，且絕大多數(shù)無機(jī)相變材料都具有腐蝕性，不適于制作穿戴裝備。金屬相變儲(chǔ)熱材料是以金屬和合金為主的相變材料。有機(jī)相變蓄熱材料是利用晶型之間的轉(zhuǎn)變和高分子支鏈在不同溫度下的轉(zhuǎn)變來進(jìn)行吸熱或放熱。有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料主要分為石蠟、酯酸類和高分子化合物。有機(jī)相變材料具有很多優(yōu)點(diǎn)，如相變潛熱高、幾乎不發(fā)生過冷和相分離現(xiàn)象、化學(xué)性能穩(wěn)定、無腐蝕性。現(xiàn)如今用于紡織品內(nèi)的相變材料主要是有機(jī)相變材料，但其基本面臨封裝性差、易泄漏和有機(jī)相變材料導(dǎo)熱系數(shù)小的問題。選用合適的相變潛熱高、化學(xué)性能穩(wěn)定、無腐蝕性的復(fù)合相變材料以及材料的防變形泄漏封裝技術(shù)用于高溫環(huán)境下的穿戴裝備，具有重要意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種相變潛熱高、化學(xué)性能穩(wěn)定、無腐蝕性的基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備，并提供了該基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備的制備方法。技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備的制備方法，包括如下步驟：(1)制備復(fù)合相變材料：選取兩種相變溫度在20～100℃的有機(jī)相變材料，采用熔融共混法制成復(fù)合相變材料；該復(fù)合相變材料的相變溫度能夠在高溫環(huán)境下維持人體舒適溫度；(2)制備微膠囊：以制得的復(fù)合相變材料為芯材，先將其與乳化液混合，然后分兩次加入三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到復(fù)合相變材料的微膠囊；(3)微膠囊除甲醛：以過氧化氫處理該微膠囊，去除微膠囊中殘余的甲醛；(4)將微膠囊裝入聚酯纖維蜂窩板的蜂窩孔洞內(nèi)并封裝，在封裝后的聚酯纖維蜂窩板外層套設(shè)纖維布帛。步驟(1)中，可根據(jù)schrader公式計(jì)算出二元低共融混合物種類、質(zhì)量配比與相變溫度之間的關(guān)系，選擇相變溫度能夠在高溫環(huán)境下維持人體舒適溫度的低共融混合物作為復(fù)合相變材料。最終優(yōu)選以月桂酸和硬脂酸、月桂酸和十四酸、或月桂酸和棕櫚酸的低共融混合物作為復(fù)合相變材料。進(jìn)一步的，復(fù)合相變材料可為質(zhì)量比55～62∶38～45的月桂酸與硬脂酸的低共融混合物，或質(zhì)量比55～60∶40～45的月桂酸與十四酸的低共融混合物，或質(zhì)量比60～70∶30～40為月桂酸和棕櫚酸的低共融混合物。復(fù)合相變材料采用熔融共混法制備，將選取的兩種有機(jī)相變材料在熔融狀態(tài)下進(jìn)行機(jī)械混合，利用兩者的相容性，熔融后混合在一起即可制成組分均勻的復(fù)合相變材料。具體的，步驟(2)中，制備微膠囊包括下述步驟：a、制備三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體：取摩爾比為1:3的三聚氰胺和甲醛溶液，在甲醛溶液中分三次加入三聚氰胺，得到三聚氰胺-甲醛的預(yù)聚體溶液；b、對(duì)復(fù)合相變材料進(jìn)行乳化：以聚氧乙烯失水山梨醇單硬油酸酯和失水山梨醇三油酸酯為原料復(fù)配得到乳化液，加入復(fù)合相變材料，在磁力攪拌器1200～1800r/min的速度下乳化75～80min；c、微膠囊化：取質(zhì)量比為1∶3的復(fù)合相變材料的乳化液和三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體，在復(fù)合相變材料的乳化液中分兩次加入三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到復(fù)合相變材料的微膠囊。其中，步驟a三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體的制備方法包括：先將甲醛與1/3的三聚氰胺混合、調(diào)節(jié)ph使其值為9.0，攪拌下加熱至60～70℃，直至三聚氰胺完全溶解；再加入1/3的三聚氰胺，待其完全溶解后加入最后1/3的三聚氰胺，并加入甲醛體積2倍量的蒸餾水稀釋，繼續(xù)反應(yīng)10～15min，得到三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體溶液。步驟c微膠囊化的方法包括下述步驟：c1、先向復(fù)合相變材料的乳化液中加入一半量的三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體，調(diào)節(jié)溶液ph值至3.5～4，先升溫至60℃、保溫0.5h，繼續(xù)升溫至90℃、保溫反應(yīng)0.5h；c2、將步驟c1所得溶液冷卻至室溫，在溶液中加入另一半三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體，重復(fù)步驟a中的處理過程；c3、調(diào)節(jié)步驟c2所得溶液的ph值至9.0，結(jié)束反應(yīng)。上述微膠囊制備過程中可加入占復(fù)合相變材料質(zhì)量1～10％的石墨粉，以增大微膠囊的導(dǎo)熱系數(shù)。步驟(3)中，微膠囊除甲醛的過程是將步驟(2)制得的微膠囊加入過氧化氫溶液中，反應(yīng)30～40min，然后水洗過濾得到最終的復(fù)合相變材料的微膠囊；其中，過氧化氫的加入量為甲醛溶液體積的兩倍。最終制得的復(fù)合相變材料的微膠囊直徑為20～45μm。步驟(4)中，可在聚酯纖維上劃分多個(gè)微小的四、六邊形微型蜂窩孔洞，形成聚酯纖維蜂窩板，然后將微膠囊放置于蜂窩孔洞內(nèi)后，進(jìn)行縫紉封裝；封裝后，將纖維布帛套設(shè)于聚酯纖維蜂窩板外層，可有效屏蔽太陽(yáng)輻射。本發(fā)明所述的基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備，包括外層套設(shè)纖維布帛的聚酯纖維蜂窩板，該聚酯纖維蜂窩板的蜂窩孔洞內(nèi)裝有復(fù)合相變材料的微膠囊，該微膠囊以三聚氰胺和甲醛生成的密胺樹脂為壁材、復(fù)合相變材料為芯材；其中，復(fù)合相變材料為兩種相變溫度在20～100℃的有機(jī)相變材料的低共融混合物，該低共融混合物的相變溫度能夠在高溫環(huán)境下維持人體舒適溫度。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：(1)本發(fā)明用兩種有機(jī)相變材料的低共融混合物制成的復(fù)合相變材料做芯材，用三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體與乳化液發(fā)生的聚合反應(yīng)對(duì)其進(jìn)行微膠囊包覆，最后將微膠囊裝入聚酯纖維蜂窩板中增大微膠囊的抗壓性，防止其變形泄漏，最終得到的穿戴設(shè)備相變潛熱高、化學(xué)性能穩(wěn)定且無腐蝕性，用于夏季高溫環(huán)境能夠?qū)崿F(xiàn)零耗能；(2)本發(fā)明優(yōu)選的三種復(fù)合相變材料的相變潛熱均大于單一有機(jī)相變材料，且相變溫度均在34℃左右，適合于夏季高溫環(huán)境下人體感到舒適且利于人體健康的溫度范圍內(nèi)，而且，較大的相變潛熱有利于維持較久的相變時(shí)間；(3)本發(fā)明在微膠囊的制備過程中加入石墨粉，可有效提高微膠囊的導(dǎo)熱系數(shù)，強(qiáng)化基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備給人體帶來的涼爽感；(4)纖維布帛遮光率和紫外線屏蔽率均可達(dá)95％以上，太陽(yáng)輻射吸收率為0.05，在聚酯纖維蜂窩板外層套設(shè)纖維布帛能夠有效屏蔽太陽(yáng)對(duì)穿戴裝備的熱輻射。附圖說明圖1為本發(fā)明的基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1(a)為該穿戴設(shè)備的半剖結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)為圖1(a)中a部放大圖，圖1(c)為圖1(b)中b部放大圖，圖1(d)為圖1(c)中c部放大圖；圖2為本發(fā)明的基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備的立體結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。如圖1～2，本發(fā)明的基于復(fù)合相變材料的穿戴設(shè)備，包括聚酯纖維蜂窩板1和套設(shè)在其外層的纖維布帛2，聚酯纖維蜂窩板1的蜂窩孔洞3內(nèi)裝有復(fù)合相變材料的微膠囊4，該微膠囊4以三聚氰胺和甲醛生成的密胺樹脂41為壁材、復(fù)合相變材料42為芯材。復(fù)合相變材料42為兩種相變溫度在20～100℃的有機(jī)相變材料的低共融混合物，其相變溫度能夠在高溫環(huán)境下維持人體舒適溫度。可根據(jù)schrader公式計(jì)算出二元低共融混合物種類、質(zhì)量配比與相變溫度之間的關(guān)系，選擇滿足相變溫度條件的低共融混合物作為復(fù)合相變材料。如月桂酸和硬脂酸的低共融混合物、月桂酸和十四酸的低共融混合物、或月桂酸和棕櫚酸的低共融混合物。當(dāng)復(fù)合相變材料為月桂酸與硬脂酸的低共融混合物時(shí)，兩種相變材料月桂酸與硬脂酸的質(zhì)量比為55～62∶38～45；當(dāng)復(fù)合相變材料為月桂酸與十四酸的低共融混合物時(shí)，兩種相變材料月桂酸與十四酸的質(zhì)量比為55～60∶40～45；當(dāng)復(fù)合相變材料為月桂酸和棕櫚酸的低共融混合物時(shí)，兩種相變材料月桂酸與棕櫚酸的質(zhì)量比為60～70∶30～40。該基于復(fù)合相變材料的穿戴設(shè)備的制備方法是以零耗能維持人體在夏季高溫環(huán)境中的舒適溫度為目的，在計(jì)算出具有合適相變溫度、較大相變潛熱、選取較長(zhǎng)相變時(shí)間的有機(jī)相變材料配比類型后，采用低共融混合法制出復(fù)合相變材料，并利用微膠囊制備技術(shù)對(duì)復(fù)合相變材料進(jìn)行包裹，微膠囊制備過程中以三聚氰胺和甲醛生成的密胺樹脂作為壁材，石墨作為添加劑增大導(dǎo)熱系數(shù)，tween60和span85作為乳化劑，復(fù)合相變材料作為芯材；并用過氧化氫對(duì)初步得到的微膠囊進(jìn)行處理，過濾得到最終微膠囊，處理過程中可除去微膠囊內(nèi)的剩余甲醇，進(jìn)一步提高其安全性；最后將微膠囊封裝入聚酯纖維做成的蜂窩板的蜂窩孔洞內(nèi)，緩解膠囊變形和泄漏，并在聚酯纖維蜂窩板的外層套設(shè)纖維布帛，有效屏蔽太陽(yáng)輻射。實(shí)施例1(1)制備復(fù)合相變材料取質(zhì)量比為60.3∶39.7的月桂酸和硬脂酸，以總質(zhì)量為50g加入燒杯中，放于帶加熱功能的磁力攪拌器上，加熱溫度設(shè)定為100℃，轉(zhuǎn)速為1800r/min。直至完全熔融，得到月桂酸和硬脂酸的低共融混合物，然后冷卻至室溫得到復(fù)合相變材料。(2)測(cè)量復(fù)合相變材料的物性參數(shù)采用差示掃描量熱儀，保護(hù)氣氛：氮?dú)?；流量?5ml/min；升溫速度：5k/min，測(cè)試溫度范圍20℃～50℃。繪制出月桂酸和硬脂酸復(fù)合相變材料的dsc曲線，并分析得出其相變溫度和相變潛熱，所得結(jié)果分別是t1＝34.316℃和h1＝189.73kj/kg。(3)制備微膠囊首先制備三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體，取三聚氰胺和w＝37％的甲醛溶液共20ml，按照1∶3摩爾比分別裝入不同燒杯，將甲醛與1/3的三聚氰胺混合攪拌，用三乙醇胺調(diào)節(jié)溶液ph＝9.0，攪拌下加熱至65℃，直至三聚氰胺完全溶解；加入另1/3的三聚氰胺，攪拌至完全溶解，然后再加入最后1/3三聚氰胺；用甲醛體積2倍量的蒸餾水稀釋，繼續(xù)反應(yīng)10min，得到三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體溶液。然后制備乳化劑，取質(zhì)量比為7.2∶92.8的聚氧乙烯失水山梨醇單硬油酸酯和失水山梨醇三油酸酯混合物作為乳化劑，其用量占總?cè)榛旱?.5％；加入步驟(1)制得的復(fù)合相變材料，分階緩慢加水至復(fù)合相變材料與蒸餾水的體積比為1∶6，并取磁力攪拌器速度1800r/min，乳化70min。最后微膠囊化，取芯材與殼材質(zhì)量比為1∶3進(jìn)行混合，先加入一半量殼材，在0.5ml/min的速度下，滴加5％檸檬酸調(diào)節(jié)ph值至3.5，加熱至60℃，保溫0.5h，然后升溫至90℃，繼續(xù)保溫反應(yīng)0.5h；冷卻加入另一半殼材，重復(fù)上述步驟，得到微膠囊。冷卻至室溫用40ml過氧化氫處理所得微膠囊，30min并水洗過濾，得到可封裝的微膠囊，其直徑為20～40μm。(4)對(duì)微膠囊進(jìn)行封裝在聚酯纖維上劃分多個(gè)微小四、六邊形作為微型蜂窩孔洞，將制備成功的微膠囊放入聚酯纖維的微小四、六邊形內(nèi)(即蜂窩孔洞內(nèi))，進(jìn)行縫紉封裝；最后用纖維布帛套裝于聚酯纖維外層，得到本發(fā)明的基于復(fù)合相變材料的穿戴設(shè)備。實(shí)施例2(1)合成復(fù)合相變材料取質(zhì)量比為58∶42的月桂酸和十四酸，以總質(zhì)量為50g加入燒杯中，放于帶加熱功能的磁力攪拌器上，加熱溫度設(shè)定為100℃，轉(zhuǎn)速為1400r/min，直至完全熔融，得到月桂酸和十四酸的低共融混合物，然后冷卻至室溫得到復(fù)合相變材料。(2)測(cè)量復(fù)合相變材料的物性參數(shù)采用差示掃描量熱儀，保護(hù)氣氛：氮?dú)?；流量?5ml/min；升溫速度：5k/min，測(cè)試溫度范圍20℃～50℃。繪制出月桂酸和十四酸復(fù)合相變材料的dsc曲線，并分析得出其相變溫度和相變潛熱，所得結(jié)果分別是t2＝34.273℃、h2＝162.801kj/kg。(3)制備微膠囊首先參照實(shí)施例1的方法制備三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體，區(qū)別在于第一次加入三聚氰胺后，用三乙醇胺調(diào)節(jié)溶液ph，然后攪拌下加熱至60℃，使三聚氰胺完全溶解。然后制備乳化劑，取質(zhì)量比為12.7∶87.3的聚氧乙烯失水山梨醇單硬油酸酯和失水山梨醇三油酸酯混合物作為乳化劑，其用量占總?cè)榛旱?.5％；加入步驟(1)制得的復(fù)合相變材料，分階緩慢加水至復(fù)合相變材料與蒸餾水的體積比為1∶6，并取磁力攪拌器速度1400r/min，乳化75min。最后微膠囊化，取芯材與殼材質(zhì)量比為1∶3進(jìn)行混合，先加入一半量殼材，在0.5ml/min的速度下，滴加5％檸檬酸調(diào)節(jié)ph值至4，加熱至60℃，保溫0.5h，然后升溫至90℃，繼續(xù)保溫反應(yīng)0.5h；冷卻加入另一半殼材，重復(fù)上述步驟，得到微膠囊。冷卻至室溫用40ml過氧化氫處理所得微膠囊，35min并水洗過濾，得到可封裝的微膠囊，其直徑為30～45μm。(4)對(duì)微膠囊進(jìn)行封裝本步驟的操作方法同實(shí)施例1步驟(4)。實(shí)施例3(1)合成復(fù)合相變材料取質(zhì)量比為69∶31的月桂酸和棕櫚酸，以總質(zhì)量為50g加入燒杯中，放于帶加熱功能的磁力攪拌器上，加熱溫度設(shè)定為100℃，轉(zhuǎn)速為1200r/min，直至完全熔融，得到月桂酸和棕櫚酸的低共融混合物，然后冷卻至室溫得到復(fù)合相變材料。(2)測(cè)量復(fù)合相變材料的物性參數(shù)采用差示掃描量熱儀，保護(hù)氣氛：氮?dú)猓涣髁浚?5ml/min；升溫速度：5k/min，測(cè)試溫度范圍20℃～50℃。繪制出月桂酸和硬脂酸復(fù)合相變材料的dsc曲線，并分析得出其相變溫度和相變潛熱，所得結(jié)果分別是t3＝33.283℃、h3＝166.54kj/k。(3)制備微膠囊首先參照實(shí)施例1的方法制備三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體，區(qū)別在于第一次加入三聚氰胺后，用三乙醇胺調(diào)節(jié)溶液ph，然后攪拌下加熱至70℃，使三聚氰胺完全溶解。然后制備乳化劑，取質(zhì)量比為11.4∶88.6的聚氧乙烯失水山梨醇單硬油酸酯和失水山梨醇三油酸酯混合物作為乳化劑，其用量占總?cè)榛旱?.5％；加入步驟(1)制得的復(fù)合相變材料，分階緩慢加水至復(fù)合相變材料與蒸餾水的體積比為1∶6，并取磁力攪拌器速度1200r/min，乳化80min。最后微膠囊化，取芯材與殼材質(zhì)量比為1∶3進(jìn)行混合，先加入一半量殼材，在0.5ml/min的速度下，滴加5％檸檬酸調(diào)節(jié)ph值至4，加熱至60℃，保溫0.5h，然后升溫至90℃，繼續(xù)保溫反應(yīng)0.5h；冷卻加入另一半殼材，重復(fù)上述步驟，得到微膠囊。冷卻至室溫用40ml過氧化氫處理所得微膠囊，40min并水洗過濾，得到可封裝的微膠囊，其直徑為35～45μm。(4)對(duì)微膠囊進(jìn)行封裝本步驟的操作方法同實(shí)施例1步驟(4)。取實(shí)施例1～3制得的復(fù)合相變材料各500g分別制成穿戴設(shè)備，將實(shí)際環(huán)境、人體行走產(chǎn)熱、太陽(yáng)在復(fù)合相變材料發(fā)生相變時(shí)傳遞給復(fù)合相變材料的總熱流量等效為內(nèi)熱源，當(dāng)環(huán)境溫度為38.5℃時(shí)相變時(shí)間如下表1。表1實(shí)施例1～3制得的穿戴裝備的性能參數(shù)表復(fù)合相變材料環(huán)境溫度t/℃相變時(shí)間tm/min月桂酸：硬脂酸38.532.102月桂酸：棕櫚酸38.529.248月桂酸：十四酸38.528.517表1中相變時(shí)間計(jì)算起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度為復(fù)合相變材料發(fā)生相變的溫度，一般衣服戶外在吸收人體、環(huán)境、太陽(yáng)輻射的情況下從34℃升高到環(huán)境溫度的時(shí)間可以忽略，而基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備能夠維持在38.5℃的戶外烈日下人體皮膚溫度約為34℃的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30min左右。故基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備在高溫環(huán)境下維持人體相對(duì)低溫的性能遠(yuǎn)好于夏季一般衣物。實(shí)施例4參照實(shí)施例1的方法制備基于復(fù)合相變材料的穿戴設(shè)備，區(qū)別在于，步驟(1)中，取質(zhì)量比為55∶45的月桂酸和硬脂酸；制得的基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備在環(huán)境溫度為38.5℃時(shí)的相變溫度將近30min。實(shí)施例5參照實(shí)施例1的方法制備基于復(fù)合相變材料的穿戴設(shè)備，區(qū)別在于，步驟(1)中，取質(zhì)量比為62∶38的月桂酸和硬脂酸；制得的基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備在環(huán)境溫度為38.5℃時(shí)的相變溫度將近30min。實(shí)施例6參照實(shí)施例2的方法制備基于復(fù)合相變材料的穿戴設(shè)備，區(qū)別在于，步驟(1)中，取質(zhì)量比為55∶45的月桂酸和十四酸；制得的基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備在環(huán)境溫度為38.5℃時(shí)的相變溫度將近30min。實(shí)施例7參照實(shí)施例2的方法制備基于復(fù)合相變材料的穿戴設(shè)備，區(qū)別在于，步驟(1)中，取質(zhì)量比為60∶40的月桂酸和十四酸；制得的基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備在環(huán)境溫度為38.5℃時(shí)的相變溫度將近30min。實(shí)施例8參照實(shí)施例3的方法制備基于復(fù)合相變材料的穿戴設(shè)備，區(qū)別在于，步驟(1)中，取質(zhì)量比為70∶30的月桂酸和棕櫚酸；制得的基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備在環(huán)境溫度為38.5℃時(shí)的相變溫度將近30min。實(shí)施例9參照實(shí)施例3的方法制備基于復(fù)合相變材料的穿戴設(shè)備，區(qū)別在于，步驟(1)中，取質(zhì)量比為60∶40的月桂酸和棕櫚酸；制得的基于復(fù)合相變材料的穿戴裝備在環(huán)境溫度為38.5℃時(shí)的相變溫度將近30min。當(dāng)前第1頁(yè)12