Sự cộng tác khoa học trong phát triển vật liệu dệt thông minh luôn dẫn đến công nghệ mới với hiệu quả cải thiện và có chức năng tốt hơn. Quần áo dùng để bảo vệ cho người mặc không bị ánh nắng mặt trời, bụi bẩn, gió, mưa, tuyết rơi và tất cả những điều không dễ chịu khác, nhưng quan trọng nhất là tránh được nhiệt quá nóng và lạnh giá. Vật liệu đổi pha (Phase Change Material – PCM) là vật liệu có khả năng hấp thụ nhiệt hoặc giải phóng lượng lớn nhiệt. PCM cũng có thể lưu trữ nhiệt ẩn được cơ thể người giải phóng ra, làm cho việc sử dụng PCM là sự lựa chọn tuyệt vời cho sản xuất quần áo mặc ngoài, quần áo thể thao, đồng phục quân đội và thậm chí là bộ đồ giường.
PCM được Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) ứng dụng lần đầu tiên vào cuối những năm 70 và đầu những năm 80 của thế kỷ trước để phát triển vật liệu mới có thể bảo vệ thiết bị và các dụng cụ tinh xảo không bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch nhiệt độ trong không gian, và dẫn đến sử dụng PCM để sản xuất bộ quần áo cho các nhà du hành vũ trụ. Bằng cách duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định để có thể sống sót khi có sự thay đổi khí hậu cực đoan trong không gian, PCM như là paraffinic hydrocarbons được sử dụng để đạt được các điều mong muốn.
Cơ thể người sản sinh nhiệt thông qua các cơ làm việc và nhiệt được giải phóng qua da. Quần áo mặc vào cần phải để mồ hôi có thể bay hơi nếu như cơ thể quá nóng, và bảo toàn nhiệt trong trường hợp nhiệt cơ thể giảm. Hầu hết quần áo bảo vệ và quần áo chức năng có thể giúp đạt được việc bảo vệ chống quá nóng, trong khi lại thất bại trong cải thiện việc giải phóng nhiệt để bảo vệ cơ thể người mặc không bị lạnh và duy trì nhiệt độ cơ thể không đổi. Nhiệt độ bình thường của cơ thể của từng cá nhân là 37oC. Nếu nhiệt độ vượt quá 37,5oC thì dẫn tới sốt, và nếu tụt xuống mức thấp nhất thì dẫn tới hiện tượng cơ thể mất nhiệt. PCM cần có khả năng duy trì nhiệt độ gần với nhiệt độ trung bình lý tưởng của người mặc.
Cơ chế hoạt động PCM như sau: PCM biến thành dạng lỏng khi nhiệt độ của vải có chứa PCM ở dạng viên vi nang vượt quá nhiệt độ nào đó. Lượng nhiệt lớn được giải phóng vào môi trường được PCM bắt giữ và lưu trữ, kết quả là da được làm mát hơn. Khi nhiệt độ của cơ thể bị giảm đi nhiều thì PCM kết tinh và giải phóng nhiệt để giữ cho cơ thể ấm áp. Để bảo vệ PCM không bị ngấm ra ngoài khi ở dạng lỏng, vật liệu được bao kín trong các hạt plastic tròn.
Như vậy ta có thể nói rằng PCM là chất hấp thụ, giải phóng và lưu trữ nhiệt khi chúng chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác. Chúng hấp thụ nhiệt trong khi chuyển sang trạng thái lỏng và sinh nhiệt khi chuyển thành trạng thái rắn. Những chất độc đáo như vậy cũng được sử dụng trong sản xuất quần áo cho những người leo núi và cho những người nhảy dù nhào lộn. Quần áo bình thường có quá nhiều lớp tạo nên gánh nặng cho người mặc và do vậy mà làm giảm thành tích và năng lượng. Với PCM có tính chất tự động điều tiết nhiệt, trọng lượng quần áo có thể giảm xuống và thành tích của từng cá nhân có thể tăng lên.
Các chất được dùng để duy trì đạt nhiệt độ như vậy là các viên vi nang được làm từ paraffin - là chất nhờn của dầu mỏ, các chất vô cơ như là các muối hydrate, và vật liệu hút ẩm được dùng trong vải, xơ, và chất xốp để tạo nên sản phẩm dệt. Các chất này được đưa vào vật liệu dệt theo một vài cách.
Cách đầu tiên là đưa các viên vi nang lên vật liệu bằng cách tráng lên chất xốp hoặc vật liệu dệt và cách khác là ngấm ép chúng vào vật liệu không dệt. Có thể dễ dàng dùng các PCM kích thước micro có tính ái nước cao với xơ và cho đi qua quá trình gia công dệt thông thường để phát triển nhiều sản phẩm dệt. Các vật liệu đổi pha micro được nhúng vào vật liệu dệt không ảnh hưởng tới tính chất nhuộm của vật liệu dệt thậm chí sau khi khuyếch tán vào vải.
Việc bọc PCM thành viên vi nang được thực hiện bằng ba cách khác nhau, phụ thuộc vào ứng dụng cuối cùng trong sản phẩm. Một cách là ngấm PCM vào các viên vi nang. Sản phẩm được sản xuất theo cách này nói chung được dùng sát với da. PCM có thể được dùng để tráng vải để tăng tính chức năng và dưới dạng chất xốp trong các sản phẩm như là giày và mũ bảo hiểm. Các viên vi nang này có thể được gắn cố định vào xơ và có thể chịu được vài lần giặt. Tuy nhiên 30% các viên vi nang bị mất đi sau mười lần giặt.
Công nghệ này khi được dùng để sản xuất sản phẩm may mặc và quần áo bảo vệ mặc ngoài có thể quản lý ẩm, ngăn ngừa quá nóng và quá lạnh, hấp thụ nhiệt dư, giảm mồ hôi và thích ứng để đáp ứng với thay đổi nhiệt độ trong môi trường. Hiện có quần áo, miếng lót giày và các sản phẩm đồ giường trên thị trường sử dụng các dạng PCM khác nhau. Nhưng có một điều hạn chế là vật liệu PCM có hiệu ứng tạm thời lên người mặc và không kéo dài để có bảo vệ chống lại tác dụng của sự chênh lệch nhiệt độ. Do vậy nhiều công ty chú trọng phát triển sản phẩm có tác dụng lâu dài hơn và bền lâu để vượt qua các hạn chế hiện hành và thực hiện công năng tốt hơn cho các sản phẩm dệt có PCM.
Nguồn: Vinatex - Nguyễn Hoàng Minh
