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为解决相变材料（PCM）在纺织应用中易熔化、泄漏及传统微胶囊壳材料存在健康与环境问题，研究人员以明胶为生物载体材料，结合椰子油（天然 PCM）和十八醇（有机 PCM）对棉织物进行功能化处理，发现椰子油复合处理的棉织物热调节性能最佳，为环保型智能纺织开发提供新方向。
在纺织领域，智能调温面料的研发一直是热点与难点。传统相变材料（PCM）虽能通过相变过程储存和释放热量以实现温度调节，但普遍存在使用中易熔化、泄漏的问题，且常用的微胶囊壳材料如脲醛、聚氨酯等可能带来健康和环境隐患。因此，开发环保、安全且高效的新型储热材料及应用技术，成为提升纺织品热舒适性与功能性的关键挑战。
为应对上述问题，来自埃及本哈大学应用艺术学院的研究人员开展了相关研究。他们以天然高分子明胶为生物载体材料，通过化学改性将其与肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸等不同脂肪酸结合，制备出新型明胶基 PCM 复合材料，并将其应用于棉织物或染色棉织物。研究成果发表在《Scientific Reports》上，为环保型智能纺织材料的开发提供了新思路。
研究中主要采用的关键技术方法包括：差示扫描量热法（DSC）用于分析材料的热性能，如熔点、焓值等；傅里叶变换红外光谱（FT-IR）用于表征材料的化学结构，验证明胶与 PCM 的结合；扫描电子显微镜（SEM）观察织物表面形态，分析复合材料在棉纤维上的附着情况；同时通过测量持续指数（DI）、干热传递总阻力（R）、热导率、Q-max 值等参数，评估织物的热调节性能和舒适性。
合成与优化生物基 PCM 复合材料
通过将明胶与不同脂肪酸（肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸）按不同摩尔比反应，再与椰子油或十八醇混合制备 PCM 复合材料。DSC 结果表明，随着棕榈酸浓度增加至 10g，复合材料的储热能力增强，其中含十八醇和椰子油的复合材料持续指数（DI）分别达 27.8 J/cm3/K 和 16.7 J/cm3/K，显示出良好的热调节潜力。硬脂酸因碳链最长，与明胶复合后储热能力最优，且引入十八醇可提高复合材料的熔点。
棉织物处理与性能表征
采用浸轧 - 干燥 - 焙烘工艺将 PCM 复合材料处理棉织物，分先处理后染色和先染色后处理两种方法。DSC 显示，经处理的棉织物具备热调节能力，其中明胶 / 硬脂酸 / 椰子油复合材料处理的织物焓值最高（79.60 J/g），热调节性能最佳。先染色后处理的织物因 PCM 在纤维表面形成薄膜，热储存性能优于先处理后染色的织物，而先处理后染色可能因染色高温导致 PCM 流失。
耐久性与舒适性评估
经 5 次和 10 次洗涤后，处理织物的热性能和色牢度略有下降，但仍保持一定储热能力和 acceptable 色牢度等级。SEM 显示，处理后的棉纤维表面形成均匀薄膜，改善了热性能。空气和水蒸气渗透率测试表明，处理后的织物仍保持良好的舒适性，各项指标在可接受范围内。力学性能测试显示，处理后的织物拉伸强度和断裂伸长率有所提高，表明明胶基复合材料与棉纤维结合牢固，未显著影响织物的物理性能。
研究结论表明，以明胶为载体、椰子油和十八醇为 PCM 的复合材料可有效赋予棉织物热调节功能，其中椰子油作为天然 PCM 表现出优异的储热性能，且明胶的生物相容性和可降解性解决了传统 PCM 的环境问题。该研究不仅为智能纺织材料提供了可持续的解决方案，还为天然高分子在功能纺织品中的应用开辟了新途径，有望推动环保型热舒适纺织品的商业化发展。
