石蜡相变微胶囊的制备及性能研究

摘 要：以石蜡为芯材,蜜胺树脂(MF)为壁材,采用原位聚合法制备了石蜡相变微胶囊。采用傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、激光粒度分析仪和差示扫描量热仪(DSC)对微胶囊的性能和形貌进行了分析和表征,讨论了甲醛与三聚氰胺的摩尔比（F/M）对微胶囊性能和形貌的影响。实验结果表明,F/M摩尔比大于4时,微胶囊之间发生粘结,出现了团聚现象;微胶囊的相变温度略高于芯材石蜡,随着F/M摩尔比增加,微胶囊的相变潜热降低。     

改性SiO2杂化层相变微胶囊的制备与表征

以相变温度为32℃的石蜡为芯材，三聚氰胺-甲醛树脂/改性SiO₂杂化层为壁材，采用原位聚合法制备相变微胶囊。使用接触角测定仪考察了KH-570对纳米SiO₂的有机改性效果；运用扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDS）分析了微胶囊表面形貌及壳层表面的元素分布；采用差示扫描量热仪（DSC）测定了相变微胶囊的热性能参数。结果表明：使用KH-570有机改性的纳米SiO₂颗粒制备杂化层能显著提升微胶囊的热稳定性与使用耐久性。当改性SiO₂质量分数为3%时，制得的微胶囊呈光滑球形，SiO₂颗粒在胶囊壳层表面分散均匀，其相变焓为135.1J/g，相变过程滞后，并且微胶囊芯材在有机溶剂中的渗透率由66.1%降至45.8%，经历1000次热循环后的质量与相变焓损失率仅为7%与24.4%。     

纳米 SiO2改性石蜡相变微胶囊涂料的制备及性能表征

相变微胶囊在能源节约方面可以起到重要作用。以石蜡为芯材,三聚氰胺树脂为壳材,并使用纳米 SiO2作为改性剂,采用原位聚合法制备相变微胶囊。研究了纳米 SiO2用量对微胶囊性能的影响。通过差示扫描量热仪（ DSC）、扫描电子显微镜（ SEM）以及同步热分析仪（ TGA）等对相变微胶囊的相变特性、表面形貌、热稳定性以及包裹率等进行了测试表征。结果表明：纳米 SiO2用量为 5%的改性相变微胶囊有最大的相变潜热和包裹率,分别为 145. 7 kJ/kg和 81. 8%,微胶囊的相变温度为 29. 1 ℃,粒径约 60 μm。将改性相变微胶囊作为添加剂加入涂料中,随着添加量的增加,复合涂料的储放热性能依次增强。相变微胶囊用量为 30%的复合涂料与未添加微胶囊的涂料相比较,当温度从 15 ℃左右升温至 31 ℃所需时间增加了 12 min左右,温度从 38 ℃左右降温至 20 ℃所需时间增加了 6 min左右。     

聚氨酯相变微胶囊的储能和热分解性能

以聚氨酯为囊壁,二十烷为囊芯通过界面聚合法制备微胶囊,采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）对该微胶囊材料进行表征,采用示差扫描量热仪测量分析微胶囊的热性能和储能性能及其相变机理,采用Kissinger法和Ozawa法研究该微胶囊材料的热分解动力学。结果表明,制得的微胶囊呈规则球形,表面形貌光滑致密,粘连少,平均粒径18μm,囊壁厚度为1.80μm,产率为91.00%,囊芯质量分数为58.46%。经过多次热循环得到微胶囊的DSC曲线,均表现为单一熔融峰和双重结晶峰,其相变过程中同时发生固-固和固-液相变,相变机理属于随机成核和随后生长,相变机理函数为G(a)=-ln(1-a),相变过程表现为一级反应。相变储能材料存在三个热失重阶段,聚氨酯囊壁的保护作用使得相变储能材料的起始分解温度提高23℃,储热能力较好。根据Kissinger和Ozawa方程计算该微胶囊的活化能分别为311.27 kJ/mol、293.16 kJ/mol,热分解过程为一级反应。     

乙二醇改性聚脲微胶囊相变材料的研制

以硬脂酸丁酯为芯材,吐温80、司班80为乳化分散剂,以单体2,4-甲苯二异氰酸酯和三乙烯四胺反应,并采用乙二醇进行改性形成的聚脲树脂为壳体,采用界面聚合法制备微胶囊相变材料。采用差示扫描量热仪（DSC）、扫描电镜（SEM）、氮气吸脱附测试仪等对微胶囊热性能、表面形态和比表面积进行了分析表征。结果表明,所制备的乙二醇改性微胶囊相变温度为20.5℃,相变潜热为87.75 J/g;平均比表面积0.009 9 m2/g,致密性较好。     

乙二醇双硬脂酸酯/PMMA核壳储能微胶囊制备

以BPO-DMA为氧化还原引发剂,在室温下悬浮聚合法制备了核壳结构的乙二醇双硬脂酸酯（EGDS）- PMMA相变材料微胶囊。采用扫描电镜（SEM）、红外光谱仪（FTIR）、差示扫描量热仪（DSC）和热重分析仪（TG）表征了核壳结构微胶囊的形貌、化学结构及热性能。结果表明,当BPO加入量为1%,DMA为0.2% 时,所得微胶囊成均匀球形,粒径分布在1～5 μm范围;微胶囊相变潜热随芯壳比的增加而增大,最大相变潜热达85.34 J/g,芯材含量达64.6%,且相变材料的热稳定性显著增强。     

聚氨酯相变储能微胶囊合成及其反应动力学

以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）,聚丙二醇（PPG-500）和三乙醇胺（TEA）为原料,以二十烷为囊芯,采用界面聚合法制备一种微胶囊相变材料。采用红外光谱（FTIR）研究了聚氨酯/二十烷微胶囊的化学结构,采用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜（OM）分析了乳化剂种类和用量、反应温度和搅拌速率等工艺条件对这种微胶囊的形成过程、表面形貌、粒径大小及分布和壁厚的影响。微胶囊形貌呈现规则球形,囊壁致密性好,热稳定性好。微胶囊呈正态分布,平均粒径为18.18μm,囊芯含量为58.46%,产率约91.00%。采用二正丁胺-丙酮滴定法,研究IPDI和PPG-500制备聚氨酯的反应动力学,得到反应速率常数k=327.08 L/(mol·min),活化能E=33.48 k J/mol,聚氨酯囊壁合成反应为二级反应,随着反应温度升高,反应速率迅速增大。采用DSC研究了复合相变材料的相变温度和相变焓值以及储能/释能的性能。     

微胶囊复合相变材料的制备及性能表征

以低熔点的相变材料为芯材,三聚氰胺脲醛树脂为囊壁材料,用原位聚合法制备了相变储能微胶囊。采用红外光谱、扫描电子显微镜、差示扫描量热分析和热重分析测试技术表征了制备的相变微胶囊的结构组成、形貌特征及热性能。实验结果表明,相变储能微胶囊复合相变材料热稳定性好,在160℃以下无质量损失,其相变温度和焓值分别为15.3℃,132.3 J/g。制备得到的微胶囊呈球形,平均粒径小于20μm,固化剂滴加速度为0.5 mL/m in时微胶囊形貌较佳,优化的芯/壁质量比为1∶1.5,且微胶囊的亲水性随芯材含量增加而降低。     

液体石蜡/聚砜树脂/纳米SiO2复合相变材料的制备及性能表征

采用溶剂挥发法合成一种新型的以液体石蜡为芯材、纳米SiO₂为嵌体的聚砜树脂外壳相变微胶囊颗粒，并通过扫描电子显微镜、红外光谱、差示扫描量热仪、热失重分析对复合相变材料进行了结构及性能测试。结果表明，当添加纳米SiO₂的量为5 %时，微胶囊颗粒的粒度为最小的164.8 μm，并存在最优的相变焓和封装效率，熔化焓为88.03 J/g，结晶焓为86.48 J/g，封装效率57.37 %；纳米SiO₂改性后的相变微胶囊化学结构未受影响；经纳米SiO₂改性，微胶囊粒径增大，其表面结构产生小空隙现象，同时相变微胶囊的相变性能及热稳定性有明显改善。     

基于聚多巴胺包覆的光热相变纳胶囊的制备及性能

以正十八烷（n-OD）为芯材，二氧化硅（SiO2）和聚多巴胺（PDA）为复合壁材，采用界面水解缩合法成功制备光热相变微胶囊n-OD@SiO2/PDA。采用FESEM、FETEM、FTIR、DSC、TG、UV-Vis-NIR和模拟光源等对所制备微胶囊的表面形貌、化学结构、热性能、光吸收性能和光热转换性能进行了分析和表征。在探究了不同芯材与硅源（正硅酸四乙酯）质量比对相变微胶囊储热性能影响的基础上，确定了以m(n-OD):m(TEOS)为2:1制备光热相变微胶囊。实验结果表明，所制备的光热相变微胶囊具有规整的表面形貌和明显的核壳结构，具有良好的耐热性能，复合壁材可以有效保护芯材。与相变微胶囊n-OD@SiO2相比，光热相变微胶囊仍具备良好的储热性能，其熔融热焓值为151.2 J/g，展现出较好的光热转换性能，其光热转换与存储效率为91.8%。     

采用悬浮聚合法批量制备相变储能材料微胶囊

采用悬浮聚合法,利用自己设计的相变材料微胶囊(Micro PCMs)批量制备的生产设备合成了以正十八烷为囊芯,以苯乙烯马来酸酐-甲基丙烯酸甲酯共聚物P(MMA-co-SMA)为囊壁的相变储能微胶囊,熔融热焓值最高可达到150.12 J/g,结晶热焓值可达151.05 J/g,并通过扫描电子显微镜,差示扫描量热仪等对其性能进行了分析。讨论了乳化速度和乳化时间对批量制备相变储能微胶囊的热焓值和产量的影响。     

相变微胶囊的制备及其在涂料中的应用研究

实验采用界面聚合法,以2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)与四乙烯五胺(TEPA)的反应物为壁材包覆硬脂酸丁酯制成聚脲微胶囊相变材料,同时对微胶囊进行了FTIR、DSC和SEM等性能检测。并将此自制微胶囊作为填料,添加到防锈涂料中,对其进行相应的性能检测及表征,结果表明:防锈涂料相变温度19.2℃,相变焓65.5 J/g,具有一定的调温性能。     

丙烯酸在石蜡微胶囊制备中的应用

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)和石蜡为原料,采用悬浮聚合法制备了石蜡/P(MMA-co-AA)相变储能微胶囊。研究了MMA与AA加入比例、油相与水相质量比等因素对石蜡微胶囊芯材含量等的影响,利用扫描量热仪(DSC)、电子显微镜(SEM)表征了所制备石蜡微胶囊的热性能、形貌等。结果表明:AA加入比例过大时,微胶囊易结块,不易形成微胶囊,微胶囊轮廓呈球形,其相变温度为27.21℃,相变潜热为81.58 J/g,芯材含量达到72.32%。     

一种水溶性囊芯微胶囊的制备方法

以水为囊芯,以聚对苯二甲酸二乙酯（PET）为囊壁,采用乳液-溶剂蒸发法合成一种水溶性囊芯的微胶囊,微胶囊表面光滑,粒径分布窄,平均粒径约100μm。采用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜（OM）表征微胶囊的表面形貌特征,粒径及其分布。实验结果表明,乳化剂浓度和芯／壁比例等对PET微胶囊大小和粒径分布有较大影响。     

多孔纤维素/聚乙二醇相变粉体的制备及表征

以制备的具有微/纳多孔结构的纤维素为骨架,聚乙二醇(PEG)-4000为相变基,通过吸附―混合机制制备出不同PEG含量的多孔纤维素/PEG复合相变粉体材料(PCMs)。傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜分析和复合相变粉体孔隙率测定结果表明,多孔纤维素与PEG能很好地相互结合;X射线衍射、差示扫描量热及热重分析结果表明,PCMs相变焓随PEG含量的增加而逐渐增加,PEG理论含量为50%(wt)时,多孔纤维素/PEG复合相变粉体相变焓值为95.53 J/g。多孔纤维素/PEG复合相变粉体的热稳定性好。     

石蜡@糊化面粉相变微胶囊及其在建材中的应用

采用吸附沉积法制备了以石蜡为芯材、糊化面粉为壁材的相变微胶囊,并使用红外光谱仪、扫描电子显微镜、热重分析仪和差示扫描量热仪对微胶囊的化学组成、形貌和热性能进行了研究。结果表明：相变微胶囊呈椭球形结构,粒径为400～600nm,其峰值相变温度、相变潜热值和包覆率分别为22.2℃、110.5J/g和66.7%,具有较好的化学稳定性和热稳定性。将相变微胶囊掺入石膏基体制备相变石膏建材,结果表明：相变石膏试块的力学强度随微胶囊含量的增加而下降,微胶囊以湿料方式添加有利于减少相变石膏试块力学强度的损失。在连续5个月的吸热-放热实验中,相变石膏建材未出现漏液和明显的热性能衰减;夏季午后,相变建筑模型内温较外界温度下降4.1℃,说明相变石膏建材具有一定的调控温度效果。     

Preparation,characterization, and prominent thermal stability of phase‐change microcapsules with phenolic resin shell and n‐hexadecane core

Microcapsules with phenolic resin (PFR) shell and n‐hexadecane (HD) core were prepared by controlled precipitation of the polymer from droplets of oil‐in‐water emulsion, followed by a heat‐curing process. The droplets of the oil phase are composed of a polymer (PFR), a good solvent (ethyl acetate), and a poor solvent (HD) for the polymer. Removal of the good solvent from the droplets leads to the formation of microcapsules with the poor solvent encapsulated by the polymer. The microstructure, morphology, and phase‐change property as well as thermal stability of the microcapsules were systematically characterized by scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimety (DSC), and thermogravimetric analysis (TGA). The phase‐change microcapsules exhibit smooth and perfect structure, and the shell thickness is a constant fraction of the capsule radius. The initial weight loss temperature of the microcapsules was determined to be 330°C in N₂ and 255°C in air, respectively, while that of the bulk HD is only about 120°C both in air and N₂ atmospheres. The weight loss mechanism of the microcapsules in different atmosphere is not the same, changing from the pyrolysis temperature of the core material in N₂ to the evaporation of core material caused by the fracture of shell material in air. The melting point of HD in microcapsules is slightly lower than that of bulk HD, and a supercooling was observed upon crystallization. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 2007