相变微胶囊技术在近30年的时间里得到了迅速的发展，由于相变微胶囊的粒径较小、相对比表面积较大，使其具有相对较多的相变热焓，因而具有较明显的蓄热调温功效^{[1, 2]}。石蜡因具有无毒性、无腐蚀性、价格低廉等优点，从而成为主流的芯材^[3]。目前微胶囊的制备方法主要分为物理法和化学法。物理方法主要有相分离法、喷雾干燥法等^[4]，化学方法主要有原位聚合法^{[5 ,6]}、界面聚合法等。

目前蓄热调温纺织品的加工方法有很多，主要有浸轧法、织物涂层法、纺丝法和中空纤维填充法等^[7]。其中织物涂层法中的发泡涂层具有涂层剂用量少、涂层膜较薄、涂覆均匀等优势，在织物背面涂层加工时，能有效地避免涂层浆向织物正面的渗透，从而使得织物具有良好的外貌特性和柔软性^[8]。目前，国内外的许多学者对相变微胶囊复合材料的整理工艺、微胶囊材料^[9]、黏合剂配比等因素进行了较为深入的研究，实验证明相变复合材料具有一定程度的智能调温功效^[10]。然而大多数学者的研究均在常温环境下进行，对低温乃至超低温环境下微胶囊性能的相关研究仍然处于初级阶段。

本工作首先以尿素改性的密胺树脂为壁材，正十八烷为芯材，利用原位聚合法制备相变微胶囊。然后将相变微胶囊以发泡涂层法分别对平纹、斜纹和纬平针织物进行整理，并对蓄热调温织物的热阻性能、耐低温性能、透气性能和力学性能进行了测试及分析。

苯乙烯马来酸酐(SMA)；正十八烷；尿素；三聚氰胺；甲醛；平纹棉布；斜纹棉布；纬平针棉布；聚氨酯黏合剂；发泡剂；分散剂；去离子水。

首先是预聚体的制备。将去离子水、三聚氰胺、甲醛和尿素按比例加入烧杯，在60℃的水浴加热环境中磁力搅拌30min，直至溶液变清，立即用冷水冷却至40℃。之后向预聚体溶液中加入1%的SMA乳化剂，改为1000r/min的机械搅拌，并将正十八烷逐滴滴入。经过30min的乳化过程后，升温至75℃，反应4h后，升温至90℃，静置30min后，停止反应后经抽滤操作后得到微胶囊(配方见表1)。

首先将整理液(配方见表2)注入发泡机后进行高倍发泡，使得整理液变为均匀、细腻的泡沫，将泡沫整理液均匀地涂至织物表面，将整理后的织物在80℃环境下预烘10min，再在120℃环境下烘焙3min，使得整理液附着于织物表面。

采用TM-1000扫描电子显微镜对相变微胶囊的外貌形态进行观察。

将干燥的相变微胶囊分散于无水乙醇溶液中，均匀涂抹至载玻片上，并通过BA2000光学显微镜观察微胶囊的外貌形态，由目镜测微尺刻度计算100颗微胶囊的重均粒径，计算公式为：

式中：D_W表示相变微胶囊的重均粒径；N_i为某一粒径范围的微胶囊个数；D_i为某一粒径范围内微胶囊的平均直径。

采用Pyris-6型差示扫描量热仪来测试相变微胶囊的热性能。测试温度范围为-20~80℃，升温步长为3℃。

采用热重分析仪来测试相变微胶囊的热稳定性。测试温度范围为0~600℃。

在ISO恒温恒湿实验室的环境下，用织物保暖性能测试仪对整理前后织物的热阻性能进行测试。

将织物试样制成封端圆筒形，放置于恒温恒湿环境中(温度为25℃，相对湿度为60%)，经过24h之后将筒状织物分别置于-15,-35,-40，-50℃的环境下30min，通过红外测温仪每隔1min来测量筒状织物内部环境的温度，最终得出织物试样在低温环境下内部环境的温度变化曲线。

采用YG461H全自动透气量仪对织物试样的透气性进行测试，对每块试样选择6处部位进行测量。

采用YG026D型多功能织物强力机分别对织物的经、纬向的断裂强力和断裂伸长率进行测试。

通过相变微胶囊的SEM图(图1)可以看出，微胶囊基本呈圆球形，表面较为光滑，几乎没有棱角或凹痕。

	图1 相变微胶囊SEM图 Fig.1 SEM image of phase change microcapsule
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图2为相变微胶囊的粒径分布图。由图2可以看出，微胶囊的粒径呈现为正态分布，重均粒径约为20.6μm。较小的粒径分布会提升织物表面整理的匀整性以及织物的整体调温性能。

	图2 相变微胶囊粒径分布图 Fig.2 article size of phase change microcapsule
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图3为正十八烷和相变微胶囊的DSC谱图。可以看出，在升温过程中，正十八烷的放热区间为27.7~37.7℃，相变潜热为225J/g，相变微胶囊的放热区间为26.2~37.5℃，相变潜热为200.5J/g；在降温过程中，正十八烷的吸热区间24.9~14.5℃，相变潜热为219J/g，相变微胶囊的吸热区间25.8~17.1℃，相变潜热为199.5J/g。进一步观察得出，微胶囊的相变点与正十八烷的相变点较为接近，这说明微胶囊的壁材对芯材的相变行为影响很小，并且壁材具有较好的热传导能力。与此同时，微胶囊的放热相变点与人体温度较为接近，有利于提升复合织物的耐低温表现。由主吸热峰面积计算出相变微胶囊对正十八烷的包覆率达到了89%，包覆情况十分理想。

	图3 正十八烷和相变微胶囊的DSC谱图 Fig.3 DSC spectra of n-octadecane and phase change microcapsule
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相变微胶囊和正十八烷的TG谱图测试如图4所示。由图4可见，正十八烷约在150℃出现较为明显的失重现象，直至220℃已基本分解完毕。相变微胶囊的失重过程大致可以分为三个阶段，第一阶段发生在150℃，这是因为正十八烷受热蒸发所致。第二阶段约发生在230℃，这是由于正十八烷的分解使得微胶囊内部气压增大，致使MUF树脂壁材破裂。第三个阶段约发生在380℃，这是因为部分经尿素改性后的微胶囊的囊壁具有较好的韧性，形变能力较强。通过对比可以发现，被包覆的正十八烷的失重现象与纯正十八烷相比有着明显的延迟，这说明囊壁阻滞了正十八烷的挥发，从而在一定程度上增加了相变微胶囊的热稳定性。

	图4 正十八烷和相变微胶囊的TG谱图 Fig.4 TG spectra of n-octadecane and phase change microcapsule
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表3为平纹、斜纹、纬平针织物整理前后的热阻性能。可以看出，整理前织物的热阻性能：平纹>纬平针>斜纹。这是由于织物的组织结构不同，平纹组织的交织点最多，经纬线的抱合最为紧密，因此其热阻性能最为突出。而斜纹组织的经纬线交织点较少，结构松散，因此其保温性能较差。整理后的三种织物的保温率增大，传热系数变小，克罗值变大，保暖性有所增强。克罗值分别增加了31%，25%和29%。这首先是因为织物表面涂层中的微胶囊芯材发生了相变，释放出热量，从而减缓了温度的下降速率，提升了复合织物的热阻性能。同时，织物表面覆盖了一层聚合物薄膜，将棉纤维相互粘连，阻塞了织物内部的微小气孔，而静止空气的导热性远远小于纤维的导热性，因此织物的保暖性增强^{[11, 12]}。整理后的热阻性能：平纹>纬平针>斜纹，因此平纹组织更有利于提升织物的耐低温性能。

图5所示分别是平纹、斜纹、纬平针织物整理前后的耐低温曲线。假设织物内部环境由25℃降温至0℃所需的时间为该织物的低温抵抗时间，可以看出，整理前平纹织物的耐低温性能最好，但在-15℃的环境下的低温抵抗时间仍然只有2min，斜纹和纬平针织物的耐低温性能更差。

	图5 耐低温曲线 (a)平纹整理前；(b)斜纹整理前；(c)纬平针整理前；(d)平纹整理后；(e)斜纹整理后；(f)纬平针整理后 Fig.5 Low temperature resistance curves (a)plain before treatment；(b)twill before treatment；(c)plain knit before treatment； (d)plain after treatment；(e)twill after treatment；(f)plain knit after treatment
图选项

对于整理后的织物，在-15℃的环境下，其低温抵抗时间分别约为6，4.3，5min。测试结束时温度分别为-13.5，-13.8，-14.2℃。这证实了涂层整理后织物的保温性能有了较为显著的提升，可以给该温度下的短时间低温作业带来较大程度的保护。且平纹织物的保暖性能更为突出，这与织物热阻性能的测试结果相吻合。在-35℃的环境下，平纹、斜纹、纬平针织物的低温抵抗时间分别约为3.8，3.3，3.7min。与-15℃的环境相比，保温的时长有了一定程度的下降。在-40℃的环境下，三种织物的低温抵抗时间分别约为3.5，3.1，3.6min。在-50℃的环境下，三种织物的低温抵抗时间分别约为2.8，2.6，2.7min。可以看出，在-50℃的环境下，正十八烷相变释放的热量以及织物结构组织带来的耐低温性能是相对有限的。总体上来看，经过整理后的织物的耐低温性能有了较为明显的提升。

为了更加直观地描述复合织物的降温过程，以-15℃条件下三种织物内部环境的温度变化曲线为例，通过SPSS统计分析软件进行了温度和时间这两个参数的回归统计分析，采用幂函数进行拟合，模型如公式(1)~(3)所示：

式中：y₁，y₂，y₃分别为平纹、斜纹和纬平针织物的内部环境温度；K₁，K₂，K₃为常数项；a₁，a₂，a₃为幂值；x为时间。

拟合结果如公式(4)~(6)所示。其F检验的平均结果为1334，因此可以说这两个参数的相关性极为显著，该经验模型具有较高的精确度。

通过经验模型可以看出，常数项值K₁>K₃>K₂，幂值a₁ < a₃ < a₂，因此可以推测，在初始阶段，由于y₁的常数项较大，其函数值也相应较大。随着x不断增大，其下降速率也是最快的，当达到某一温度后，y₁，y₂，y₃的值已无明显差距，这说明由正十八烷相变所释放的热量已消耗殆尽。

表4为平纹、斜纹、纬平针织物整理前后的透气性能。可以看出，整理前的纬平针织物的透气性最好，这是由于纬平针组织的纱线间交织点少且疏松，缝隙相对较多，平纹组织的交织点最多，因此缝隙的数量少、面积小，透气率相对较小。整理后平纹、斜纹、纬平针织物的透气性能分别下降了16%，11%，7%，根据FZ/T30222-2004《针织保暖内衣》及透气量的下降幅度来看，可以认为采用泡沫整理工艺对织物透气性能的影响不大。

表5所示为平纹织物整理前后的力学性能测试数据。可以看出，整理前后织物的经向和纬向的断裂强力有了明显的改善，分别提升了17%和14%，而断裂伸长率则略有降低。这是由于涂层整理液在织物表面形成高聚物薄膜，同时一部分整理液渗入至织物内部，使得纤维之间相互粘连，从而增加了织物的断裂强力，同时降低了织物的断裂伸长率。

(1)相变微胶囊的外形呈圆球形，表面较为规整，重均粒径约为20μm。峰值相变温度分别为20℃和34.2℃，降温过程的相变热焓为199.5J/g，微胶囊的包覆率达到了89%。

(2)整理后三种织物的热阻性能有着明显的改善，平纹织物的热阻性能最好，纬平针织物次之，斜纹织物相对较差。

(3)织物的耐低温性能研究结果表明，由于相变微胶囊的调温作用，在低温环境下织物的降温速率明显变缓，低温抵抗时间明显增长，同时织物内部环境的耐低温经验模型具有较高精度。

(4)复合织物的透气性能略有下降，但对织物舒适性能的影响不大。

(5)复合织物的经、纬向断裂强力增大，断裂伸长率略有下降。