CN108865078A - 用于面料基于微孔膜的相变材料、纱线、面料及穿戴品 - Google Patents
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Abstract
用于面料基于微孔膜的相变材料、纱线、面料及穿戴品，该微孔膜的相变材料是由微孔高分子离子液体聚合物膜作为壳材，相变材料作为芯材组成的微孔微胶囊，该微孔微胶囊相变材料吸热放热性能好，不易溶于水、耐酸耐碱，稳定性高，不含有毒有害物、绿色环保，用该相变材料制作调温面料时，相变材料不易脱落、循环使用率高，颗粒小、不会损坏机器，容易与纺丝液混合且分布均匀、操作过程方便简单，将此微孔微胶囊、黏胶和植物粉通过混合喷丝然后纺纱形成纱线，再编织成面料，最后加工制得的穿戴品，柔软光滑、贴肤舒适，同时具有杀菌、护肤、荧光等效果，能够在不同环境下自动调温，长时间保持人体舒适温度，舒适度高。
Description
技术领域
本发明涉及用于面料基于微孔膜的相变材料、纱线、面料及穿戴品。
背景技术
相变材料(PCM)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。通常，相变材料可分为固-固相变材料、固液相变材料、固气相变材料。自20世纪70年代末，美国航空航天局空间研究所为了更好地保护宇航员和珍贵设备，使他们免受外界太空温度急剧变化的影响，开发了一种适合室内温度范围的相变材料，并应用于宇航员的服装、返回舱外壳等。进入21世纪后经过科学家的不断努力，相变材料开始进行实际运用。相变纺织品是一种通过将相变材料加入纺织品中，通过相变物质发生固-液可逆相变而吸收、放出热量,从而具有温度调节功能的新型高技术纺织品。这类纺织品能够根据外界环境温度的变化在一定的湿度范围内可自由调节纺织品内部温度,即当外界环境温度升高时,可以储存能量,使纺织品内部温度升高相对较低；当外界环境温度下降时,可以释放能量,使纺织品内部温度降低相对较少，利用其存储和释放潜热的性能，制成具有温度调节功能的纺织品，制成的面料比其他的纺织品更具保温性、舒适性。传统利用相变材料制备保温面料的方法是通过直接涂层、转移涂层或凝固涂层的方法将相变材料压在面料的表面或纤维交联间隙中，物理作用力相对较小,材料经多次使用后易发生相变材料与载体的脱附、渗漏和宏观的两相分离，使保温面料利用率低，且作为相变材料的化合物可能会对人体造成伤害，同时可供选择的相变材料的范围较小，如无机盐类相变材料虽然其相变温度在25～50℃，但易溶于水，不能用作制备保温面料的相变材料。为了更好地利用相变材料的特性，制造安全、耐用的保温面料，技术人员做了大量的研究，并取得了突破性的进展。
微胶囊是指一种具有聚合物壁的微型容器或包装物。微胶囊造粒是将固体、液体或气体包埋、封存在一种微型胶囊内成为一种固体微粒产品的技术。相变材料微胶囊(MCPCM)是将微胶囊技术应用于相变材料中，将相变材料作为芯体，聚合物作为壳体做成相变材料微胶囊，从而克服了相变材料应用的局限性，既可以有效利用相变材料相变时的潜热，又可以提高其稳定性，具有广阔的应用前景。Kim等以十八烷为囊芯,聚脲为囊壁,采用界面聚合法合成囊/芯体积比为1∶1的相变材料微胶囊，并将微胶囊粘结到织物上，获得具有温度调节功能的织物，提高了保温织物的使用寿命，也防止在水洗过程中相变材料的溶脱、渗漏。但采用粘结的方式将微胶囊固定在织物上，使用较长时间后，在外力作用下，微胶囊仍会脱落，同时，制作出的微胶囊粒径较大，聚脲壁囊的传热导热效果也较差，限制了其使用，因此需要提供一种粒径小，分散均匀，传热效果好，利用率高、易于加工使用，实用性强的可以用于纺织品的相变材料微胶囊。
如在专利号为CN201510032123.8的发明专利中公开一种微胶囊相变调温纤维及其面料的制备方法,采用界面聚合法制备以石蜡烃为囊芯、甲基丙烯酸甲酯为囊壁的相变材料微胶囊，直径小于10μm，将相变材料微胶囊直接分散在纺丝熔体或溶液内，经过螺杆挤压机和箱体组件进行纺丝，纺丝后再进行吹风冷却、上油、卷绕成形，得到微胶囊相变调温纤维，再通过织造的工艺加工成调温面料。采用上述方法将相变材料微胶囊直接分散在纺丝熔体或溶液内，再进行纺丝，卷绕成纤维，再加工成调温面料，这种加工工艺使得微胶囊成为丝材的一部分，能够很好的固定在面料中，不易脱落，使面料可以长时间保持调温效果；同时，微胶囊颗粒直径小于10μm，颗粒较小，能够通过螺杆挤压机和箱体组件，不会造成机器的损坏。但是甲基丙烯酸甲酯聚合物膜的传热效果较差，使芯体石蜡烃的相变热不能很好地传出，热损较大，造成能源的浪费。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于面料基于微孔的相变材料、纱线、面料和穿戴品。该微孔相变材料吸热和放热性能好，不易溶于水、耐酸耐碱，稳定性高，不含有毒有害物、绿色环保。用该微孔相变材料制作调温面料时，微孔相变材料不易脱落、循环使用率高，颗粒小，不会损坏机器，容易与纺丝液混合且分布均匀、操作过程方便简单，含有该相变材料的纱线、面料和穿戴品，外界温度改变时，能够自动调温至人体舒适的温度，避免骤冷骤热对人体的造成伤害，适应性好、功能性强、适用范围广，不会对人体造成损害、安全性高、实用性强。
为达到上述目的，本发明的第一个技术方案是：一种用于面料基于微孔的相变材料，是由壳材和芯材组成的微孔微胶囊，壳材为微孔高分子离子液体聚合物膜，芯材包括相变材料。
进一步的，上述微孔高分子离子液体聚合物膜为微孔离子液体聚合物膜、微孔离子液体-高分子聚合物复合膜、微孔聚离子液体功能高分子膜中的一种。
进一步的，上述芯体的相变材料的相变温度在0～50℃之间，为无机盐水合物、聚乙二醇、长直链烷烃、石蜡类、中长直链烷烃、硬脂酸酯中的一种或几种；所述微孔高分子离子液体聚合物膜中的离子液体的阳离子为N,N'-二烷基咪唑阳离子、烷基铵阳离子、烷基季膦阳离子、N-烷基吡啶阳离子或胍盐阳离子，微孔高分子离子液体聚合物膜中的阴离子为疏水性阴离子为四氟硼酸盐阴离子、六氟磷酸阴离子、乙酸根阴离子、三氟甲基乙酸根或双三氟甲烷黄酰亚胺阴离子。
进一步的，上述用于面料基于微孔的相变材料的制备方法包括如下步骤：
步骤1：制备离子液体单体；
步骤2：在有机溶剂中加入形成微孔高分子离子液体聚合物膜的有机化合物原料，形成油相溶液A；
在去离子水中加入芯体相变材料和乳化剂，形成水相溶液B；
在去离子水中加入聚合引发剂，形成水相溶液C；
将油相溶液A与水相溶液B混合均匀后，加入到水相溶液C中，将油相溶液A、水相溶液B和水相溶液C混合均匀，并在温度为65～75℃、速率为1000～2000r/min的条件下搅拌反应5～10h，然后，冷却至室温，冷却至室温后过滤、分离出微胶囊，用有机溶剂对过滤、分离出的微胶囊进行洗涤，然后抽滤、干燥，得到高分子离子液体聚合物微胶囊；
步骤3：将表面活性剂水溶液、致孔剂和步骤2中制得的高分子离子液体聚合物微胶囊混合均匀，在25～35℃搅拌反应3～6h，得到微孔高分子离子液体聚合物微胶囊。
进一步的，所述有机化合物原料为离子液体单体和烯烃衍生物。
进一步的，所述有机化合物原料为离子液体单体和高分子聚合物；
进一步的，上述微孔离子液体-高分子聚合物复合膜中的高分子聚合物为聚氨酯、聚丙烯酸酯、苯乙烯类聚合物、乙烯类聚合物、丙烯酸类聚合物、聚碳酸脂、聚酯、聚乙烯醇、环氧树酯、含硅聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、多元醇聚合物、酚醛树脂的一种或多种，所述微孔聚离子液体功能高分子膜中的高分子聚合物为聚氨酯、聚丙烯酸酯、苯乙烯类聚合物、乙烯类聚合物、丙烯酸类聚合物、聚碳酸脂、聚酯、聚乙烯醇、环氧树酯、含硅聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、多元醇聚合物、酚醛树脂的一种或多种。
用于面料的相变材料微孔微胶囊，为了防止芯体相变材料的泄露，需要形成全包型微孔微胶囊，在本发明中，全包型微孔微胶囊是指在芯体外全包有高分子离子液体聚合物膜，高分子离子液体聚合物膜上具有微孔，当选用本发明的的阴、阳离子制备成离子液体单体时，在本发明的的条件下，采用界面聚合法使离子液体单体发生聚合反应形成离子液体聚合物膜或者将离子液体单体接枝在聚合物膜上形成离子液体-聚合物复合膜制备高分子离子液体聚合物微胶囊，然后再选用表面活性剂水溶液和致孔剂，在高分子离子液体聚合物膜壳体上生成孔径小于0.2nm的微孔，制备成微孔微胶囊，相比较于现有技术一种微胶囊相变调温纤维及其面料的制备方法，微孔结构的阻热减少，达到直接传热的目的，使得吸热和放热性能好，有利于热量的传输，使微孔微胶囊对外界环境的感应更灵敏，芯体相变材料发生相变，更好更快的吸热放热，制成的面料调温保温效果更好；微孔的孔径小于0.2nm，小于芯体相变材料粒径，防止相变材料的流出；高分子离子液体聚合物膜既具有离子液体的优点，又具有聚合物的优点，所以高分子离子液体聚合物膜微胶囊不易溶于水、耐酸耐碱、具有较高的热稳定性和化学稳定性，机械强度大、不易破裂，无毒无污染、绿色环保；选择本发明的乳化剂及制备条件，制得的微孔微胶囊的粒径小于10um，使微孔微胶囊相变材料用于纺丝时，能顺利的通过纺丝机喷口；同时，一些离子液体自身的特点，如可以与细菌分子结合，具有较好的导电性，较好的溶解性和化学稳定性，使纳米金属等均匀分布其中，所以也可以制备具有特殊用途的微孔高分子离子液体聚合物功能相变微胶囊。
本发明的第二个技术方案是：一种纱线，由上述用于面料基于微孔的相变材料、黏胶和植物粉通过混合喷丝然后纺纱形成。形成纱线后，在纱线中含有用于面料基于微孔的相变材料，该用于面料基于微孔的相变材料中含有微孔微胶囊，用于面料的微孔微胶囊相变材料，为了防止芯体相变材料的泄露，需要形成全包型微孔微胶囊，在本发明中，全包型微孔微胶囊是指在芯体外全包有高分子离子液体聚合物膜，高分子离子液体聚合物膜上具有微孔，当选用本发明的的阴、阳离子制备成离子液体单体时，在本发明的的条件下，采用界面聚合法使离子液体单体发生聚合反应形成离子液体聚合物膜或者将离子液体单体接枝在聚合物膜上形成离子液体-聚合物复合膜制备高分子离子液体聚合物微胶囊，然后再选用表面活性剂水溶液和致孔剂，在高分子离子液体聚合物膜壳体上生成孔径小于0.2nm的微孔，制备成微孔微胶囊，相比较于现有技术一种微胶囊相变调温纤维及其面料的制备方法，微孔结构的阻热减少，达到直接传热的目的，使得传热性能好，有利于热量的传输，使微孔微胶囊对外界环境的感应更灵敏，芯体相变材料发生相变，更好更快的吸热放热，制成的面料调温保温效果更好；微孔的孔径小于0.2nm，小于芯体相变材料粒径，防止相变材料的流出；高分子离子液体聚合物膜既具有离子液体的优点，又具有聚合物的优点，所以高分子离子液体聚合物膜微胶囊不易溶于水、耐酸耐碱、具有较高的热稳定性和化学稳定性，机械强度大、不易破裂，无毒无污染、绿色环保；选择本发明的乳化剂及制备条件，制得的微孔微胶囊的粒径小于10um，使微孔微胶囊相变材料用于纺丝时，能顺利的通过纺丝机喷口；同时，一些离子液体自身的特点，如可以与细菌分子结合，具有较好的导电性，较好的溶解性和化学稳定性，使纳米金属等均匀分布其中，所以也可以制备具有特殊用途的微孔高分子离子液体聚合物功能相变微胶囊。相较于现有技术中Kim等将微胶囊粘结到织物上，使用此纺丝方法制备的纱线，相变材料能够稳固置于纱线中，不易脱落。
本发明的第三个技术方案是：一种面料，由上述纱线编织得到。面料由纱线编织形成，由于在纱线中含有用于面料基于微孔的相变材料，该用于面料基于微孔的相变材料中含有微孔微胶囊，用于面料的相变材料微孔微胶囊，为了防止芯体相变材料的泄露，需要形成全包型微孔微胶囊，在本发明中，全包型微孔微胶囊是指在芯体外全包有高分子离子液体聚合物膜，高分子离子液体聚合物膜上具有微孔，当选用本发明的的阴、阳离子制备成离子液体单体时，在本发明的的条件下，采用界面聚合法使离子液体单体发生聚合反应形成离子液体聚合物膜或者将离子液体单体接枝在聚合物膜上形成离子液体-聚合物复合膜制备高分子离子液体聚合物微胶囊，然后再选用表面活性剂水溶液和致孔剂，在高分子离子液体聚合物膜壳体上生成孔径小于0.2nm的微孔，制备成微孔微胶囊，相比较于现有技术一种微胶囊相变调温纤维及其面料的制备方法，微孔结构的阻热减少，达到直接传热的目的，使得传热性能好，有利于热量的传输，使微孔微胶囊对外界环境的感应更灵敏，芯体相变材料发生相变，更好更快的吸热放热，制成的面料调温保温效果更好；微孔的孔径小于0.2nm，小于芯体相变材料粒径，防止相变材料的流出；高分子离子液体聚合物膜既具有离子液体的优点，又具有聚合物的优点，所以高分子离子液体聚合物膜微胶囊不易溶于水、耐酸耐碱、具有较高的热稳定性和化学稳定性，机械强度大、不易破裂，无毒无污染、绿色环保；选择本发明的乳化剂及制备条件，制得的微孔微胶囊的粒径小于10um，使微孔微胶囊相变材料用于纺丝时，能顺利的通过纺丝机喷口；同时，一些离子液体自身的特点，如可以与细菌分子结合，具有较好的导电性，较好的溶解性和化学稳定性，使纳米金属等均匀分布其中，所以也可以制备具有特殊用途的微孔高分子离子液体聚合物功能相变微胶囊。
采用上述纱线编织面料时，不用担心相变材料的脱落，操作方便，制备出的面料柔软光滑、贴肤透气，外界温度改变时，能够自动调温至人体舒适的温度，避免骤冷骤热对人体的造成伤害，适应性好，利用率高，使用时间长，安全性高，适用范围广。
本发明的第四个技术方案是：一种穿戴品，由上述面料加工制得。穿戴品由面料制得，面料由纱线制得，由于在纱线中含有用于面料基于微孔的相变材料，该用于面料基于微孔的相变材料中含有微孔微胶囊，用于面料的相变材料微孔微胶囊，为了防止芯体相变材料的泄露，需要形成全包型微孔微胶囊，在本发明中，全包型微孔微胶囊是指在芯体外全包有高分子离子液体聚合物膜，高分子离子液体聚合物膜上具有微孔，当选用本发明的的阴、阳离子制备成离子液体单体时，在本发明的的条件下，采用界面聚合法使离子液体单体发生聚合反应形成离子液体聚合物膜或者将离子液体单体接枝在聚合物膜上形成离子液体-聚合物复合膜制备高分子离子液体聚合物微胶囊，然后再选用表面活性剂水溶液和致孔剂，在高分子离子液体聚合物膜壳体上生成孔径小于0.2nm的微孔，制备成微孔微胶囊，相比较于现有技术一种微胶囊相变调温纤维及其面料的制备方法，微孔结构的阻热减少，达到直接传热的目的，使得传热性能好，有利于热量的传输，使微孔微胶囊对外界环境的感应更灵敏，芯体相变材料发生相变，更好更快的吸热放热，制成的面料调温保温效果更好；微孔的孔径小于0.2nm，小于芯体相变材料粒径，防止相变材料的流出；高分子离子液体聚合物膜既具有离子液体的优点，又具有聚合物的优点，所以高分子离子液体聚合物膜微胶囊不易溶于水、耐酸耐碱、具有较高的热稳定性和化学稳定性，机械强度大、不易破裂，无毒无污染、绿色环保；选择本发明的乳化剂及制备条件，制得的微孔微胶囊的粒径小于10um，使微孔微胶囊相变材料用于纺丝时，能顺利的通过纺丝机喷口；同时，一些离子液体自身的特点，如可以与细菌分子结合，具有较好的导电性，较好的溶解性和化学稳定性，使纳米金属等均匀分布其中，所以也可以制备具有特殊用途的微孔高分子离子液体聚合物功能相变微胶囊。
采用上述面料加工成的穿戴品，柔软光滑、贴肤舒适，同时具有杀菌效果，保护皮肤，安全性高，外界温度改变时，能够自动调温至人体舒适的温度，避免骤冷骤热对人体的造成伤害，适应性好，微孔微胶囊相变材料不易脱落挥发，调温有效时间长。。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
实施例1。
用于面料基于微孔的相变材料由壳材和芯材组成的微孔微胶囊，所述壳材为微孔高分子离子液体聚合物膜，所述芯材包括相变材料。
其中，微孔高分子离子液体聚合物膜为微孔离子液体聚合物膜。所述芯体的相变材料的相变温度在0～50℃之间，相变材料为无机盐水合物、聚乙二醇、长直链烷烃、石蜡类、中长直链烷烃、硬脂酸酯中的一种或几种。所述微孔高分子离子液体聚合物膜中的离子液体中的阳离子为N,N'-二烷基咪唑阳离子、烷基铵阳离子、烷基季膦阳离子、N-烷基吡啶阳离子或胍盐阳离子，微孔高分子离子液体聚合物膜中的离子液体中的阴离子为卤化盐、四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、乙酸根阴离子、三氟甲基乙酸根、三氟甲基磺酸根或双三氟甲烷黄酰亚胺。
下面以由微孔离子液体聚合物膜为微孔1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体聚合物膜作为壳材和相变材料为石蜡作为芯材组成的微孔微胶囊为例进行说明。
此微孔微胶囊的制备方法包括如下步骤：
步骤1：1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体单体的制备；1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体单体制备过程中的主要化学反应式如下：
1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体单体的具体制备过程为：N2保护，将3份1-甲基咪唑和3.5份烯丙基氯加入反应釜中，60℃水浴加热回流反应7h，乙醚萃取，去掉未反应的1-甲基咪唑，然后30℃旋转蒸发1h，除去过量烯丙基氯，得到深黄色粘性液体氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑。向氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑加入20份水和3.5份双三氟甲烷黄酰亚胺，80℃旋转蒸发3h，然后冷却，待溶液分层后，去除水层得到有机相，有机相用水和乙醚各洗涤一次，再80℃旋转蒸发12h，得到1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺([AMIM][NTF2])离子液体单体。
步骤2:1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体聚合物微胶囊的制备。
在20份二甲基亚砜有机溶剂中加入1份丙烯腈和1份[AMIM][NTF2]离子液体单体，形成油相溶液A。其中，丙烯腈和[AMIM][NTF2]离子液体单体构成有机化合物原料，有机化合物原料也可以为N,N'-二烷基咪唑阳离子、烷基铵阳离子、烷基季膦阳离子、N-烷基吡啶阳离子或胍盐阳离子中的一种和卤化盐、四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、乙酸根阴离子、三氟甲基乙酸根阴离子、三氟甲基磺酸根阴离子或双三氟甲烷黄酰亚胺阴离子中的一种组成的离子液体单体和其他的烯烃衍生物。
在反应釜中加入1份石蜡，升高温度至75℃，然后加入1份十二烷基磺酸钠乳化剂，再缓慢加入去离子水，在2000r/min搅拌速度下搅拌1h，形成水相溶液B。
向去离子水中加入0.1份偶氮二异丁腈(AIBN)聚合引发剂，搅拌溶解，形成水相溶液C。
将油相溶液A与水相溶液B混合均匀后，加入到水相溶液C中，混合均匀，温度为75℃，速率为1500r/min，搅拌反应5h，冷却至室温后，过滤，分离出微胶囊，用甲醇有机溶剂对过滤、分离出的微胶囊反复洗涤，然后抽滤、干燥，得到P[AMIM][NTF2]微胶囊。步骤2的主要化学反应式为：
步骤3:微孔1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体聚合物微胶囊的制备。
将2份质量分数为25％的十二烷基硫酸钠溶液，0.4份1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体聚合物微胶囊，22份正庚烷、1.4份DBP加入反应釜中，混合均匀，30℃搅拌5h，得到微孔P[AMIM][NTF2]微胶囊。
其中，1-甲基咪唑、烯丙基氯、双三氟甲烷黄酰亚胺、[AMIM][NTF2]离子液体单体、丙烯腈、十二烷基磺酸钠、偶氮二异丁腈为摩尔分数；水、二甲基亚砜、十二烷基硫酸钠溶液、正庚烷、1.4份DBP为体积份数；1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体聚合物微胶囊为质量份数。
表1中给出芯体相变材料石蜡、P[AMIM][NTF2]微胶囊和微孔P[AMIM][NTF2]微胶囊的相变热
由此可见，在包覆率相同，芯体相同的情况下，微孔P[AMIM][NTF2]微胶囊的相变热比P[AMIM][NTF2]微胶囊的相变热显著提高，甚至接近芯体相变材料本身。
将上述的微孔P[AMIM][NTF2]微胶囊、黏胶和植物粉通过混合喷丝然后纺纱形成纱线，再编织成面料，最后加工制得穿戴品。其中，植物粉为木粉或竹粉。
由于咪唑类离子液体与细菌结合，有杀菌作用，所以采用上述面料加工成的穿戴品，不仅柔软光滑、贴肤舒适，还具有杀菌效果，保护皮肤，安全性高，外界温度改变时，能够自动调温至人体舒适的温度，避免骤冷骤热对人体的造成伤害，适应性好，，使用时间长。
用于面料的相变材料微孔微胶囊，为了防止芯体相变材料的泄露，需要形成全包型微孔微胶囊，在本发明中，全包型微孔微胶囊是指在芯体外全包有高分子离子液体聚合物膜，高分子离子液体聚合物膜上具有微孔，当选用本发明的的阴、阳离子制备成离子液体单体时，在本发明的的条件下，采用界面聚合法使离子液体单体发生聚合反应形成离子液体聚合物膜或者将离子液体单体接枝在聚合物膜上形成离子液体-聚合物复合膜制备高分子离子液体聚合物微胶囊，然后再选用表面活性剂水溶液和致孔剂，在高分子离子液体聚合物膜壳体上生成孔径小于0.2nm的微孔，制备成微孔微胶囊，相比较于现有技术一种微胶囊相变调温纤维及其面料的制备方法，微孔结构的阻热减少，达到直接传热的目的，使得传热性能好，有利于热量的传输，使微孔微胶囊对外界环境的感应更灵敏，芯体相变材料发生相变，更好更快的吸热放热，制成的面料调温保温效果更好；微孔的孔径小于0.2nm，小于芯体相变材料粒径，防止相变材料的流出；高分子离子液体聚合物膜既具有离子液体的优点，又具有聚合物的优点，所以高分子离子液体聚合物膜微胶囊不易溶于水、耐酸耐碱、具有较高的热稳定性和化学稳定性，机械强度大、不易破裂，无毒无污染、绿色环保；选择本发明的乳化剂及制备条件，制得的微孔微胶囊的粒径小于10um，使相变材料微胶囊用于纺丝时，能顺利的通过纺丝机喷口；同时，一些离子液体自身的特点，如可以与细菌分子结合，具有较好的导电性，较好的溶解性和化学稳定性，使纳米金属等均匀分布其中，所以也可以制备具有特殊用途的微孔高分子离子液体聚合物功能相变微胶囊。
实施例2。
用于面料基于微孔的相变材料由壳材和芯材组成的微孔微胶囊，所述壳材为微孔高分子离子液体聚合物膜，所述芯材包括相变材料。
其中，微孔高分子离子液体聚合物膜为微孔离子液体-高分子聚合物复合膜。所述芯体的相变材料的相变温度在0～50℃之间，相变材料为无机盐水合物、聚乙二醇、长直链烷烃、石蜡类、中长直链烷烃、硬脂酸酯中的一种或几种。所述微孔高分子离子液体聚合物膜中的离子液体中的阳离子为N,N'-二烷基咪唑阳离子、烷基铵阳离子、烷基季膦阳离子、N-烷基吡啶阳离子或胍盐阳离子，微孔高分子离子液体聚合物膜中的离子液体中的阴离子为卤化盐、四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、乙酸根阴离子、三氟甲基乙酸根、三氟甲基磺酸根或双三氟甲烷黄酰亚胺。
下面以由微孔离子液体-高分子聚合物复合膜微孔1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体-聚甲基丙烯酸甲酯复合膜作为壳材和水合硫酸钠作为芯材组成的微孔微胶囊为例来进行说明。
此微孔微胶囊的制备方法包括如下步骤：
步骤1：离子交换法制备1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体单体，1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体单体的制备主要有如下化学反应式：
1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体单体的制备过程为：N2保护，将3份1-甲基咪唑和3.5份溴乙烯加入到三口烧瓶中，60℃的水浴中加热回流，同时电磁搅拌，随着反应进行，溶液逐渐由无色变为黄色，黏度逐渐变大。7h后回流只产生少量液滴，可以判断反应基本完全。冷却后，乙醚萃取，去除剩余的1-甲基咪唑，30℃真空旋转蒸发1h，除去过量的溴乙烷，得到深黄色粘性液体溴化1-乙基-3-甲基咪唑([EMIM]Br)。
向深黄色粘性液体溴化1-乙基-3-甲基咪唑([EMIM]Br)中加入20份水和3.5份双三氟甲烷黄酰亚胺锂，80℃旋转蒸发3h，冷却至室温，待溶液分层后，去除水层得到有机相，将有机相用水和乙醚各洗涤一次，再在80℃旋转蒸发12h，得到1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体单体([EMIM][NTF2])。
步骤2：1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体-聚甲基丙烯酸甲酯复合膜微胶囊的制备。主要的化学反应式如下：
具体的步骤为：向20份二氯甲烷有机溶剂中加入1份聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，超声分散2h，使PMMA在二氯甲烷溶剂中混合均匀，向PMMA溶液中加入5份[EMIM][NTF2]离子液体单体，超声搅拌3小时，混合均匀，形成油相溶液A。其中，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和[EMIM][NTF2]离子液体单体构成有机化合物原料，有机化合物原料也可以为其他高分子聚合物膜和N,N'-二烷基咪唑阳离子、烷基铵阳离子、烷基季膦阳离子、N-烷基吡啶阳离子或胍盐阳离子中的一种和卤化盐、四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、乙酸根阴离子、三氟甲基乙酸根阴离子、三氟甲基磺酸根阴离子或双三氟甲烷黄酰亚胺阴离子中的一种组成的离子液体单体。
在去离子水中加入1份Na2SO4·10H2O相变材料和1份山梨醇酐三油酸酯乳化剂，形成水相溶液B。
向去离子水中加入0.1份偶氮二异丁腈(AIBN)聚合引发剂，搅拌溶解，形成水相溶液C。
将油相溶液A与水相溶液B混合均匀后，加入到水相溶液C中，混合均匀，温度为70℃，速率为1000r/min，搅拌反应8h，冷却至室温后，过滤，分离出微胶囊，乙醚反复洗涤，抽滤、干燥，得到[EMIM][NTF2]-PMMA微胶囊。
步骤3：微孔1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体-聚甲基丙烯酸甲酯复合膜微胶囊的制备。
将2份质量比为25％的十二烷基硫酸钠溶液，0.4份1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体-聚甲基丙烯酸甲酯复合膜微胶囊、22份正庚烷和1.4份DBP加入反应釜中，混合均匀，25℃搅拌6h，得到微孔[EMIM][NTF2]-PMMA微胶囊。
其中，1-甲基咪唑、溴乙烯、双三氟甲烷黄酰亚胺锂为摩尔份数；水、二氯甲烷溶剂、十二烷基硫酸钠溶液、正庚烷、DBP为体积份数；聚甲基丙烯酸甲酯、[EMIM][NTF2]离子液体、Na2SO4·10H2O、山梨醇酐三油酸酯、偶氮二异丁腈、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺离子液体-聚甲基丙烯酸甲酯复合膜微胶囊为质量份数。
表2芯体相变材料Na2SO4·10H2O、PMMA微胶囊和微孔[EMIM][NTF2]-PMMA复合膜微胶囊的相变热
由此可见，在包覆率相同，芯体都为Na2SO4·10H2O的情况下，微孔[EMIM][NTF2]-PMMA微胶囊的相变热比PMMA微胶囊的相变热显著提高，甚至接近芯体相变材料本身。
将上述的微孔[EMIM][NTF2]-PMMA微胶囊、黏胶和植物粉通过混合喷丝然后纺纱形成纱线，再编织成面料，最后加工制得穿戴品。
由于咪唑类离子液体可以与细菌结合，有杀菌作用，所以采用上述面料加工成的穿戴品，不仅柔软光滑、贴肤舒适，还具有杀菌效果，保护皮肤，安全性高，外界温度改变时，能够自动调温至人体舒适的温度，避免骤冷骤热对人体的造成伤害，适应性好，，使用时间长。
用于面料的相变材料微孔微胶囊，为了防止芯体相变材料的泄露，需要形成全包型微孔微胶囊，在本发明中，全包型微孔微胶囊是指在芯体外全包有高分子离子液体聚合物膜，高分子离子液体聚合物膜上具有微孔，当选用本发明的的阴、阳离子制备成离子液体单体时，在本发明的的条件下，采用界面聚合法使离子液体单体发生聚合反应形成离子液体聚合物膜或者将离子液体单体接枝在聚合物膜上形成离子液体-聚合物复合膜制备高分子离子液体聚合物微胶囊，然后再选用表面活性剂水溶液和致孔剂，在高分子离子液体聚合物膜壳体上生成孔径小于0.2nm的微孔，制备成微孔微胶囊，相比较于现有技术一种微胶囊相变调温纤维及其面料的制备方法，微孔结构的阻热减少，达到直接传热的目的，使得传热性能好，有利于热量的传输，使微孔微胶囊对外界环境的感应更灵敏，芯体相变材料发生相变，更好更快的吸热放热，制成的面料调温保温效果更好；微孔的孔径小于0.2nm，小于芯体相变材料粒径，防止相变材料的流出；高分子离子液体聚合物膜既具有离子液体的优点，又具有聚合物的优点，所以高分子离子液体聚合物膜微胶囊不易溶于水、耐酸耐碱、具有较高的热稳定性和化学稳定性，机械强度大、不易破裂，无毒无污染、绿色环保；选择本发明的乳化剂及制备条件，制得的微孔微胶囊的粒径小于10um，使相变材料微胶囊用于纺丝时，能顺利的通过纺丝机喷口；同时，一些离子液体自身的特点，如可以与细菌分子结合，具有较好的导电性，较好的溶解性和化学稳定性，使纳米金属等均匀分布其中，所以也可以制备具有特殊用途的微孔高分子离子液体聚合物功能相变微胶囊。
实施例3。
用于面料基于微孔的相变材料由壳材和芯材组成的微孔微胶囊，所述壳材为微孔高分子离子液体聚合物膜，所述芯材包括相变材料。
其中，微孔高分子离子液体聚合物膜为微孔聚离子液体功能高分子膜。所述芯体的相变材料的相变温度在0～50℃之间，相变材料为无机盐水合物、聚乙二醇、长直链烷烃、石蜡类、中长直链烷烃、硬脂酸酯中的一种或几种。所述微孔高分子离子液体聚合物膜中的离子液体中的阳离子为N,N'-二烷基咪唑阳离子、烷基铵阳离子、烷基季膦阳离子、N-烷基吡啶阳离子或胍盐阳离子，微孔高分子离子液体聚合物膜中的离子液体中的阴离子为卤化盐、四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、乙酸根阴离子、三氟甲基乙酸根、三氟甲基磺酸根或双三氟甲烷黄酰亚胺。
下面以由微孔聚离子液体功能高分子膜为微孔铕-1-烯丙基三丁基膦六氟磷酸金属离子液体配合物-聚甲基丙烯酸甲酯复合膜作为壳材和相变石蜡作为芯材组成的微孔微胶囊为例进行说明。
此微孔微胶囊的制备方法包括如下步骤：
步骤1：1-烯丙基三丁基膦六氟磷酸盐的制备及铕-1-烯丙基三丁基膦六氟磷酸离子液体配合物的制备，主要包括如下化学反应：
具体的步骤为：N2保护条件下，将10份三丁基磷和10份烯丙基氯注入20份无水甲苯中，80℃搅拌24h，旋转蒸发除去甲苯，80℃真空干燥4h，得到浅黄色粘稠状液体氯化1-烯丙基三丁基膦。
将20份质量分数为6.54％六氟磷酸钾水溶液滴入10份氯化1-烯丙基三丁基膦的甲醇溶液中，室温搅拌10h，旋转蒸发除去乙醇，氯仿萃取，有机层水洗，AgNO3滴定，直至确定水层没有氯离子的存在，减压蒸馏除去有机溶剂，50℃真空干燥12h，得到深黄色粘稠液体1-烯丙基三丁基膦六氟磷酸盐。
将Eu2O3溶于浓硝酸,缓慢蒸发得到Eu(NO3)3·6H2O。取1份1-烯丙基三丁基膦六氟磷酸盐离子液体，加人20份二氯甲烷中溶解,并加入1份Eu(NO3)3·6H2O,室温下搅拌20min,使其充分溶解,得到黄色液体,旋蒸,制备铕-1-烯丙基三丁基膦六氟磷酸离子液体配合物Eu(IL)3(NO3)3。
步骤2：Eu(IL)3(NO3)3-PMMA复合膜微胶囊的制备，主要的化学反应如下：
具体步骤为：向20份二氯甲烷溶剂中加入1份聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，超声分散2h，使PMMA在二氯甲烷溶剂中混合均匀，向PMMA溶液中加入5份稀土金属离子液体配合物Eu(IL)3(NO3)3，超声搅拌3小时，混合均匀，形成油相溶液A。其中，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和稀土金属离子液体配合物Eu(IL)3(NO3)3构成有机化合物原料，有机化合物原料也可以为其他高分子化合物膜和其他稀土金属与N,N'-二烷基咪唑阳离子、烷基铵阳离子、烷基季膦阳离子、N-烷基吡啶阳离子或胍盐阳离子中的一种和卤化盐、四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、乙酸根阴离子、三氟甲基乙酸根阴离子、三氟甲基磺酸根阴离子或双三氟甲烷黄酰亚胺阴离子中的一种组成的离子液体配成的金属-离子液体配合物。
在反应釜中加入1份石蜡，升高温度至75℃，加入1份乳化剂十二烷基磺酸钠，再缓慢加入去离子水，在2000r/min搅拌速度下搅拌1h，形成水相溶液B。
向去离子水中加入0.1份偶氮二异丁腈(AIBN)，搅拌溶解，形成水相溶液C。
将油相溶液A与水相溶液B混合均匀后，加入到水相溶液C中，混合均匀，温度为65℃，速率为2000r/min，搅拌反应10h，冷却至室温后，过滤，分离出微胶囊，乙醚反复洗涤，抽滤、干燥，得到Eu(IL)3(NO3)3－PMMA复合膜微胶囊。
步骤3：微孔Eu(IL)3(NO3)3-PMMA复合膜微胶囊的制备，具体的步骤为：
将2份质量分数为25％的十二烷基硫酸钠溶液，0.4份Eu(IL)3(NO3)3-PMMA复合膜微胶囊，22份正庚烷和1.4份DBP加入反应釜中，混合均匀，35℃搅拌反应3h，得到微孔Eu(IL)3(NO3)3－PMMA复合膜微胶囊。
其中，三丁基磷、烯丙基氯、氯化1-烯丙基三丁基膦、1份1-烯丙基三丁基膦六氟磷酸盐离子液体、Eu(NO3)3·6H2O稀土金属为摩尔份数；无水甲苯、六氟磷酸钾水溶液、二氯甲烷溶剂、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠溶液、正庚烷、DBP为体积份数；聚甲基丙烯酸甲酯、稀土金属离子液体配合物、十二烷基磺酸钠、石蜡、Eu(IL)3(NO3)3-PMMA、偶氮二异丁腈为质量份数。
表3芯体相变材料石蜡、PMMA微胶囊和微孔Eu(IL)3(NO3)3－PMMA复合膜微胶囊微胶囊的相变热
由此可见，在包覆率相同，芯体相同的情况下，微孔Eu(IL)3(NO3)3－PMMA复合膜微胶囊的相变热比PMMA微胶囊的相变热显著提高。
将上述的微孔Eu(IL)3(NO3)3－PMMA复合膜微胶囊、黏胶和植物粉通过混合喷丝然后纺纱形成纱线，再编织成面料，最后加工制得穿戴品。
由于Eu(IL)3(NO3)3稀土金属离子液体配合物可以发出荧光，所以采用上述面料加工成的穿戴品，不仅柔软光滑、贴肤舒适，还具有荧光效果，可以做成儿童穿戴品或者环卫工作服等，在夜晚穿戴品能发出荧光，引起注意，提高安全性，减少事故率，外界温度改变时，能够自动调温至人体舒适的温度，避免骤冷骤热对人体的造成伤害，适应性好，使用时间长。
用于面料的相变材料微胶囊，防止芯体相变材料的泄露需要形成全包型微胶囊，选用合适的阴、阳离子，制备成离子液体单体，在一定的条件下，采用界面聚合法使离子液体单体发生聚合反应形成离子液体聚合物膜或者将离子液体接枝在聚合物膜上形成离子液体-聚合物复合膜制备相变材料微胶囊，然后再选用合适的致孔剂种类及用量，在高分子离子液体聚合物膜壳体上生成孔径小于0.2nm的微孔，制备成微孔微胶囊，微孔结构的传热性能好，有利于热量的传输，使相变材料微胶囊对外界环境的感应更灵敏，芯体相变材料发生相变，更好更快的吸热放热，制成的面料调温保温效果更好；微孔的孔径小于0.2nm，小于芯体相变材料粒径，防止相变材料的流出；高分子离子液体聚合物膜既具有离子液体的优点，又具有聚合物的优点，所以高分子离子液体聚合物膜微胶囊不易溶于水、耐酸耐碱、具有较高的热稳定性和化学稳定性，机械强度大、不易破裂，无毒无污染、绿色环保；选择合适的乳化剂及制备条件，制得的相变材料微胶囊的粒径小于10um，使相变材料微胶囊用于纺丝时，能顺利的通过纺丝机喷口；同时，一些离子液体自身的特点，如可以与细菌分子结合，具有较好的导电性，较好的溶解性和化学稳定性，使纳米金属等均匀分布其中，所以也可以制备具有特殊用途的微孔高分子离子液体聚合物功能相变微胶囊。
将上述的相变材料、黏胶和植物粉通过混合喷丝然后纺纱形成纱线，再编织成面料，最后加工制得的穿戴品，柔软光滑、贴肤舒适，同时具有杀菌、护肤、荧光等效果，安全性高，外界温度改变时，能够自动调温至人体舒适的温度，避免骤冷骤热对人体的造成伤害，适应性好，微孔微胶囊相变材料不易脱落挥发，调温有效时间长。
Claims (10)
1.一种用于面料基于微孔的相变材料，其特征在于：相变材料是由壳材和芯材组成的微孔微胶囊，所述壳材为微孔高分子离子液体聚合物膜，所述芯材包括芯体相变材料。
2.根据权利要求1所述的用于面料基于微孔的相变材料，其特征在于：所述微孔高分子离子液体聚合物膜为微孔离子液体聚合物膜、微孔离子液体-高分子聚合物复合膜、微孔聚离子液体功能高分子膜中的一种。
3.根据权利要求1或2中所述的用于面料基于微孔的相变材料，其特征在于：所述芯体的相变材料的相变温度在0～50℃之间，相变材料为无机盐水合物、聚乙二醇、长直链烷烃、石蜡类、中长直链烷烃、硬脂酸酯中的一种或几种；所述微孔高分子离子液体聚合物膜中的离子液体中的阳离子为N,N'-二烷基咪唑阳离子、烷基铵阳离子、烷基季膦阳离子、N-烷基吡啶阳离子或胍盐阳离子，微孔高分子离子液体聚合物膜中的离子液体中的阴离子为卤化盐、四氟硼酸阴离子、六氟磷酸阴离子、乙酸根阴离子、三氟甲基乙酸根、三氟甲基磺酸根或双三氟甲烷黄酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的用于面料基于微孔的相变材料，其特征在于：由以下步骤制备：
步骤1：制备离子液体单体；
步骤2：在有机溶剂中加入形成微孔高分子离子液体聚合物膜的有机化合物原料，形成油相溶液A；
在去离子水中加入芯体相变材料和乳化剂，形成水相溶液B；
在去离子水中加入聚合引发剂，形成水相溶液C；
将油相溶液A与水相溶液B混合均匀后，加入到水相溶液C中，将油相溶液A、水相溶液B和水相溶液C混合均匀，并在温度为65～75℃、速率为1000～2000r/min的条件下搅拌反应5～10h，然后，冷却至室温，冷却至室温后过滤、分离出微胶囊，用有机溶剂对过滤、分离出的微胶囊进行洗涤，然后抽滤、干燥，得到高分子离子液体聚合物微胶囊；
步骤3：将表面活性剂水溶液、致孔剂和步骤2中制得的高分子离子液体聚合物微胶囊混合均匀，在25～35℃搅拌反应3～6h，得到微孔高分子离子液体聚合物微胶囊。
5.根据权利要求4所述的用于面料基于微孔的相变材料，其特征在于：所述有机化合物原料为离子液体单体和烯烃衍生物。
6.根据权利要求4所述的用于面料基于微孔的相变材料，其特征在于：所述有机化合物原料为离子液体单体和高分子聚合物。
7.根据权利要求2所述的用于面料基于微孔的相变材料，其特征在于：所述的微孔离子液体-高分子聚合物复合膜中的高分子聚合物为聚氨酯、聚丙烯酸酯、苯乙烯类聚合物、乙烯类聚合物、丙烯酸类聚合物、聚碳酸脂、聚酯、聚乙烯醇、环氧树酯、含硅聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、多元醇聚合物、酚醛树脂的一种或多种，所述微孔聚离子液体功能高分子膜中的高分子聚合物为聚氨酯、聚丙烯酸酯、苯乙烯类聚合物、乙烯类聚合物、丙烯酸类聚合物、聚碳酸脂、聚酯、聚乙烯醇、环氧树酯、含硅聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、多元醇聚合物、酚醛树脂的一种或多种。
8.一种纱线，其特征在于：纱线由包括权利要求1～7中任一项中用于面料基于微孔的相变材料、黏胶和植物粉通过混合喷丝然后纺纱形成。
9.一种面料，其特征在于：面料由权利要求8中的纱线编织得到。
10.一种穿戴品，其特征在于：穿戴品由权利要求9中的面料加工制得。
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