منسوجات هوشمند با قابلیت تنظیم دما
یک پارچه تنظیم کننده دما، منسوج هوشمندی است که دارای خاصیت ارائه واکنش مناسب در برابر تغییرات خارجی دما و یا در برابر کاتالیزورهای محیطی و خارجی می باشد. سطح راحتی دمایی به تبادل حرارت بین بدن انسان و محیطی که آن را احاطه کرده است بستگی دارد. تلاش های زیادی به القای یک اثر تنظیم حرارتی به منسوجات اختصاص داده شده است. این اثر می تواند در حضور میکروکپسول ها ی حاوی مواد تغییر فازی ( PCM ) بدست آید.
مواد PCM انرژی را طی فرایند حرارتی که درزمان تغییر فاز اتفاق می افتد جذب و طی یک فرایند خنک کننده معکوس در محدوده تغییر فاز در محیط رها می کند. بیش از 500 PCM مختلف شامل آب (یخ) شناخته شده اند. یکی از رایج ترین PCM های به کار برده شده در ذخیره سازی انرژی حرارتی واکس پارافین است.به علت ظرفیت ذخیره سازی حرارت بالا، قابلیت دسترسی آسان وقیمت پایین واکس پارافین، در اینجا این واکس به عنوان PCM به کار برده شده است.این واکس به علت نقطه ذوب پایین نمی تواند مستقیما درون منسوجات ترکیب شود، از این رو نیاز است که میکرو کپسوله شوند.
میکرو کپسوله کردن PCM، آنها را وارد پوسته های پلیمری کشسان ونازک می کند. از این رو PCM ها می توانند درون پوسته از جامد به مایع و برعکس تغییر کنند. کاربرد PCM ها به صورت میکروکپسول درون منسوجاتی شامل لباس ،پتو، زمینه بهداشتی، ایزولاسیون، لباس های محافظ وخیلی موارد دیگر می باشد. تکنولوژی ترکیب PCM ها درون منسوج برای بهبود عملکرد حرارتی آنها، در اوایل دهه 1980تحت برنامه تحقیقاتی ناسا رشد کرده است.
با روش های شیمیایی و فیزیکی می توان به تولید میکروکپسول دست یافت. کاربرد برخی روش ها به قمیت بالای فرایند ،امور تنظیمی و کاربرد حلال های آلی که برای سلامتی محیط زیست نگران کننده است، محدود می شود. در این روش، یک شیوه بر پایه پلیمریزاسیون رادیکال آزاد تعلیقی (سوسپانسیونی) برای در کپسول گذاردن PCM ها انتخاب شده است. این روش کپسول سازی PCM ها واقعا ساده و ارزان قیمت واز نظر تکنیکی آسان است.
اگرچه میکروکپسول های PCM خاصیت تنظیم دمارا به مواد می دهند ولی آنها می توانند دیگر خواص مرتبط با راحتی راتحت تاثیر قرار دهند، به ویژه در مواقع کاربرد موضعی میکروکپسول ها، باعث تغییرات شدیدی در خصوصیات سطحی مواد می شوند. میزان تغییر در این خواص به میزان ظرفیت میکرو کپسول های PCM بستگی دارد. از این رو نیاز است پارچه های عمل شده با میکروکپسول های PCM قبل از کار برد آنها در لباس ،خواص آنها بررسی واندازه گیری شود.
میکروکپسول ها می توانند با عملیات چاپ، رنگرزی رمق کشی ،تزریق کردن، اسپری کردن وپوشش دادن با ترکیب مستقیم روی لیف بدون تغییر بسیار زیاد رنگ و زیردست آن عمل شوند.
هدف این اثر ارتقا تنظیم حرارت منسوج توسط میکرو کپسول های PCM و یک روش کوتینگ می باشد.برای آن، فرمولاسیون های مختلف کوتینگ و نسبت های جرمی مختلف میکروکپسول ها به فرمولاسیون کوتینگ برای دستیابی به تنظیم مناسب حرارت منسوج ارزیابی شد. متعاقبا، پس از تثبیت میکروکپسول های PCM روی لایه منسوج ،عملیات استاندارد شدهای نظیر شستشو، ثبات سایشی و اطو کشی روی پارچه ها انجام شد تا دوام وپایداری مکانیکی آن ارزیابی شود.خواص حرارتی نمونه های پارچه ای با گرما سنج تفاضلی پویشی (DSC) آزمایش شده است.
میکروکپسول های پلی استایرن حاوی واکس پارافین به روش پلیمریزاسیون تعلیقی سنتز و کاربرد آن درمنسوجات مطالعه شده است. تثبیت میکروکپسول ها درون اجزای منسوج به روش کوتینگ تست شده است. برای دستیابی به یک راحتی دمایی در پارچه ها، محصولات مختلف کوتینگ با نسبت جرمی میکروکپسول ها به بیندرکوتینگ مطالعه شده است. میکروکپسول های PCM با به کار بردن بیندر های پلیمری درون منسوجات، بدون تغییر خواص اولیه منسوج به طور موفقیت آمیز ترکیب شدند. پارچه پوشش داده شده با میکروکپسول های 35% وزنی نسبت به بیندر های کوتینگ یک ظرفیت ذخیره ی انرژی 7.6 Jg-1 ،دوام بالا وپایداری مناسب بعد از شستشو، ثبات سایشی وعملیات اطو کشی را نشان داده است.
Microencapsulation: Paraffinic PCM core material individually with a hard polymeric shell
(*Phase change materials for smart textiles – An overview (S. Mondal
Development of thermo-regulating textiles using paraffin wax microcapsules
(Paula S´anchez, M. Victoria S´anchez-Fernandez, Amaya Romero, Juan F. Rodr´ıguez, Luz S´anchez-Silva)
