石蜡微胶囊相变材料的制备及其性能的研究

选题背景及意义能源紧缺提高能源利用率相变储能技术微胶囊相变材料微胶囊相变材料军事领域电力的“移峰填谷”功能热流体领域纺织服装领域建筑领域作为一种可再生的清洁型能源，相变材料在很多领域有着广阔的应用前景。微胶囊相变材料微胶囊相变材料（PCM）是应用微胶囊技术在固-液相变材料微粒表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的新型复合相变材料。相变材料外壳材料结构示意图良好的自乳化能力无需外加乳化剂再分散性PU为囊壁的PCM的特点：微胶囊相变材料的制备方法微胶囊相变材料的制备方法物理法相分离法复凝聚法乳液聚合法单凝聚法原位聚合法界面聚合法聚合反应法在微胶囊相变材料的制备中，常采用的方法有原位聚合法、界面聚合法、复凝聚法、单凝聚法和喷雾干燥法等。原位聚合法•原位聚合法是指在胶囊化的过程中，反应单体及催化剂是全部位于芯材液滴的内部或者外部，单体在微胶囊体系的连续相中是可溶的，而聚合物在整个体系中是不可溶的，所以聚合反应在芯材液滴的表面上发生。•李伍军等采用在酸性条件下的一步原位聚合法生成了聚脲醛树脂并且成功的包覆了石蜡,实验中加入的间苯二酚使得胶囊囊壁得到更好的固化,所以制备的石蜡微胶囊有一定的强度,因此能很好地得到应用,同时在一定程度上避免了在使用和开发过程中造成的环境污染和能源浪费。,用热水稀释法代替高分子分散剂,制备了石蜡微胶囊,表征了微胶囊的表面形貌和结构组成,并分析了其热性能和热稳定性。•X.X.Zhang等采用正十八烷为芯材，三聚氰胺甲醛树脂为壳材，采用原位聚合的方法制备纳微米胶囊。研究发现随着搅拌速度增加，纳微米胶囊的粒径减小。纳米胶囊的粒径对材料的熔融性能没有大的影响，但是对材料的结晶行为有明显的影响。纳微米胶囊的热力学稳定性随着搅拌速度的增大而越来越稳定，在9000rpm搅拌速度条件下，材料的热力学稳定性达到最高，环己烷对热力学稳定性的影响不大。环己烷加入量的增多，胶囊表面光滑度越高。界面聚合法•界面聚合法(interfacialpolymerization)的两种反应单体分别位于乳液中的分散相和连续相中。在反应前，把两种发生聚合反应的单体分别溶于水和有机溶剂中，并把囊芯溶于分散相溶剂中。然后把两种不相混溶的液体混入乳化剂以形成水包油或油包水乳液。两种聚合反应单体分别从两相内部向乳化液滴的界面移动，并迅速在相界面上反应生成聚合物将囊芯包覆形成微胶囊。界面聚合法具有反应速度快，反应条件温和，对反应单体纯度要求不高，原料配比要求不严等优点，但对壁材要求较高，被包覆的单体需要较高的活性才能发生聚合反应•兰孝征、邹光龙以界面聚合法制备了石蜡微胶囊:以甲苯-2,4-二异氰酸酯及二元胺分别为有机相、水相的单体,聚乙二醇辛基苯基醚(OP)为水相乳化剂,考察了二乙烯三胺、乙二胺、己二胺3种胺与异氰酸酯反应的三种聚脲微胶囊体系。•郑立辉等[4]以脲醛预聚体和固体石蜡为原料,利用原位聚合法制备了石蜡(58)微胶囊。杨常光等[5]以界面聚合法制备了正二十烷微胶囊化相变储热材料。尚建丽等[6]以石蜡为芯材,聚脲树脂和聚氨酯为壁材,采用界面聚合法制备了单层和双层壁材微胶囊相变材料•K.Bouchemal等[23]研究发现，由聚氨酯和聚醚聚氨酯的共聚物之间的界面反应来合成纳米胶囊，将自乳化技术应用到界面聚合反应中，能得到粒径较小，封装率较高的纳米胶囊。其外膜厚度约为2nm。复凝聚法和单凝聚法•复凝聚法制备微胶囊的原理是，利用带有相反电荷的两种高分子材料，通过离子间作用力将其交联在一起，制备出具有复合性壁材的微胶囊。由于这种方法会收到pH值和浓度等条件的较大影响，我们很难控制反应过程来获得较高的产率，但同时复凝聚法也具有无需使用有机溶剂，后期处理较简单等优点。•国外Hawlader等以阿拉伯树胶和明胶为壁材,以高凝点石蜡为芯材,利用复凝聚法制备了石蜡微胶囊。•Dai等将明胶、二辛基磺基琥珀酸钠和羧甲基纤维素钠混合作为微胶囊的壁材，一种带有电泳性质的液体材料作为芯材，采用复凝聚法制备出了具有较好的热稳定性能，且在电泳领域具有较高的应用价值的微胶囊。•单凝聚法也被称为沉淀法，该方法的原理是降低聚合物在溶液中的溶解性，以达到聚合物与芯材同时析出并构成微胶囊的目的，通常采用加入沉淀剂的方法来降低聚合物的溶解度。这种方法制备的微胶囊粒径较大，但无需加入有机溶剂和有机交联剂。•杜静玲等采用聚天冬氨酸和明胶为壁材，采用单凝聚法制备出了具有较高的热稳定性的VA棕榈酸酯微胶囊，VA棕榈酸酯的含量能达到84.3%。石蜡微胶囊制备示意图单体界面聚合石蜡微胶囊O/W乳液石蜡聚氨酯预聚体石蜡主要由直链烷烃混合而成,是一种优质的相变材料。石蜡具有物理和化学性能稳定,能反复熔化、结晶而不发生过冷或晶液分离现象,价格便宜、无毒且无腐蚀性等优点。聚氨酯预聚体的合成设计宗旨：聚氨酯能够成为壁材，链段结构必须由亲水、亲油链段和羟基端基组成。使PU具有自乳化能力，能将相变材料乳化在水中，形成稳定的乳液。亲水链段OH亲油链段HO使PU可以进行界面聚合反应交联成壳，包覆相变材料，对芯材起到支撑保护作用。现已合成树脂结构树脂名称树脂结构1667-PUMDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-Dodecanol-TDI-MDEA-TDI-MDEA1584-PUMDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA1960-PUMDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-Dodecanol-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA1877-PUMDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA1374-PUMDEA-TDI-MDEA-TDI-Dodecanol-TDI-MDEA-TDI-MDEA1291-PUMDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA-TDI-MDEA2165-PUMDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA1865-PUMDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA-IPDI-Dodecanol-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA1824-PUMDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA1483-PUMDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEA-IPDI-MDEAPU预聚体的乳化能力经过分散实验的研究，筛选出具有良好乳化能力的水性PUⅢ-7，作为胶囊壳材进行聚合实验及结构表征。树脂名称自乳化乳化石蜡（石蜡含量70%）界面聚合1677-PU黄褐色，透明静置2h后破乳静置10天后分层可重新分散1584-PU黄褐色，透明静置2h后破乳静置10天后分层可重新分散1960-PU黄褐色，透明静置2h后破乳静置10天后分层可重新分散1877-PU黄褐色，透明静置2h后破乳静置10天后分层可重新分散1374-PU黄褐色，透明静置1h后破乳静置10天后分层可重新分散1291-PU黄褐色，透明静置1h天破乳静置10天后分层可重新分散2165-PU黄褐色无法乳化静置10天后分层可重新分散1865-PU黄褐色，透明静置0.5h破乳静置10天后分层可重新分散1824-PU黄褐色，透明无法乳化静置10天后分层可重新分散1483-PU黄褐色，透明无法乳化静置10天后分层可重新分散石蜡微胶囊粒径测试分子量石蜡含量(%)Median中径/(μm)Mode模径/(μm)Mean平均数/(μm)1483508.67210.71379.253114836014.945116.170116.554414837016.931221.028718.07221824509.789710.84610.99881824604.31294.78515.07161824708.35519.42289.56141865504.79945.47595.25191865605.96716.3066.697918657015.652616.313117.2831911606.56578.24377.688819117018.476321.359620.64352165509.797710.824411.958321656011.582512.369315.087121657016.394821.286824.34721787504.81145.46125.30381838505.94326.28516.506石蜡微胶囊粒径测试分子量石蜡含量(%)Median中径/(μm)Mean平均数/(μm)Mode模径/(μm)1291503.60294.30613.65211291607.05678.1768.21251291706.76517.48197.20311374502.933.46262.43041374603.45853.94213.64811374704.27384.69954.78361584503.24253.87142.77941584604.98265.61445.48621584709.293811.109310.81441667502.67283.20152.13261667602.81263.25762.42841667703.27513.80732.787116678010.15211.44210.8041877503.92164.434.77381877607.20517.69778.21771877703.11083.50292.78831960504.82845.48585.48791960606.86948.03818.2431960708.37098.871810.69951667-PU包裹石蜡粒径图02002468101214石蜡含量50%diameter(μm)intensity(%)B02002468101214石蜡含量60%diameter(μm)intensity(%)B02002468101214石蜡含量70%diameter(μm)intensity(%)B不足和改进方案（1）改变聚氨酯结构，进一步提高包裹石蜡的能力。（2）改变工艺条件，寻找合适途径制备稳定性高的微胶囊。Thankyou！