石蠟微膠囊的制備及性能表征【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　石蠟微膠囊的制備及性能表征</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　相變材料是利用物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)需要吸收或放出大量熱量的性質(zhì)來儲(chǔ)熱的。當(dāng)相變材料在溫度高于相變點(diǎn)時(shí)吸收熱量而發(fā)生固液相變；當(dāng)溫度低于相變點(diǎn)時(shí)，則發(fā)生液固相變而釋放熱量[1

2、]。相變微膠囊（microPCMs）是采用高聚物殼材對(duì)相變芯材進(jìn)行包覆以形成粒徑在 0.1～100μm ,外殼厚度為 0. 01～10μm之間的具有穩(wěn)定核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合相變材料。芯材在相變過程中能吸收或釋放較大的相變潛熱 ,可用來實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存與釋放。相變芯材經(jīng)聚合物包封后克服了相變材料在相變過程前后的相態(tài)變化導(dǎo)致的泄漏和相分離 ,另一方面也可以增大相變材料的比表面積 ,提高傳熱效果[2]。</p><p>　　介

3、于相變微膠囊材料具有的這種蓄熱放熱能力，其被廣泛應(yīng)用于功能熱流體、建筑、太陽能利用、纖維紡織、軍事紅外偽裝等領(lǐng)域[3]。由于相變微膠囊材料的高傳熱效率，降低了導(dǎo)熱材料的體積，減少了實(shí)際應(yīng)用中的熱能損失和生產(chǎn)成本，符合可持續(xù)發(fā)展的思想。</p><p>　　石蠟主要由含碳數(shù) 14～30 的直鏈烷烴構(gòu)成 ,具有相變溫度范圍廣(10～80 ℃) ,相變焓高(200～300 kJ/kg) ,儲(chǔ)能密度大、價(jià)格便宜、不過冷、

4、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒無腐蝕性等優(yōu)點(diǎn) ,同時(shí)作為被包裹的囊芯 ,可以克服石蠟本身導(dǎo)熱系數(shù)低 ,可能被空氣氧化為有機(jī)酸等缺點(diǎn) ,所以石蠟類相變材料成為了一種較理想的微膠囊囊芯材料[3]。</p><p>　　相變微膠囊的研究最早始于 20 世紀(jì) 70 年代 ,美國的Lanel 和 Glew[4] 將相變儲(chǔ)熱微膠囊直接和建材結(jié)合，制得具有調(diào)溫功能的復(fù)合建筑材料。Mehalick 和Tweedie[5] 將相變材料微膠囊引

5、入熱傳遞流體組成顆粒/液滴漿狀懸浮液 ,提高了流體的熱傳遞性能和蓄熱性能。</p><p>　　近年來，相變微膠囊的研究有長足進(jìn)展，由于石蠟的各種優(yōu)點(diǎn)，成為一種理想的微膠囊囊芯材料，人們對(duì)石蠟相變微膠囊有著濃厚的興趣。</p><p>　　Hawlader、Uddin[6] 等人用復(fù)凝聚法 ,以阿拉伯樹膠和明膠為壁材,石蠟為芯材,制成了直徑在微米級(jí)的微膠囊。Holman M E.[7] 以

6、石蠟烴為囊芯 ,含有金屬氧化物的凝膠為囊壁,經(jīng)過噴霧法獲得了平均粒徑小于 50μm 的凝膠涂敷相變微膠囊 ,這種膠囊在抗壓性和阻燃性方面得到了明顯改善。Frank 等[8]通過縮聚法獲得蜜胺樹脂相變材料微膠囊。Yoshilka 等[9]利用有機(jī)硅鹽制備了高耐熱溫度的微膠囊殼材。Bryant 等[10]以聚氨酯等為粘合劑，將相變材料微膠囊涂覆于織物以提高織物的可逆儲(chǔ)熱性能。</p><p>　　目前相變儲(chǔ)熱材料微膠

7、囊在美國、日本等西方國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，在軍事領(lǐng)域、纖維紡織品、熱能傳遞、涂料和太陽能利用等領(lǐng)域中已經(jīng)得到了應(yīng)用；國內(nèi)學(xué)者在這一方面也做了大量的工作，很多實(shí)驗(yàn)室也已經(jīng)合成出了微膠囊相變材料，但由于很多工藝條件還不成熟而仍無法進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)所使用的相變儲(chǔ)熱材料微膠囊仍全依靠進(jìn)口[1]。國內(nèi)學(xué)者也對(duì)石蠟相變微膠囊進(jìn)行了深入的研究。謝家慶[11]等采用直接原位聚合法制備了以石蠟為囊芯的脲醛樹脂微膠囊，并測(cè)定起最佳工藝條件：芯壁比0.7

8、8:1，反應(yīng)溫度70℃，攪拌速率2500 r/min，pH=2.3 ~3.0。劉向[12]等采用界面聚合法，以甲苯二異氰酸酯和哌嗪為反應(yīng)單體 ,58 號(hào)固體石蠟為芯材 ,制備了一種新型的工業(yè)余熱回收用石蠟相變微膠囊，分散性良好，平均粒徑為12.5μm ,相變潛熱可達(dá) 153J/g。袁文輝[13]等以石蠟為芯材，廉價(jià)的聚脲和三聚氰胺甲醛樹脂為壁材，采用原位聚合法和界面聚合法制備了雙殼層石蠟微膠囊。最佳條件為：乙二胺(EDA)與甲苯二異氰酸

9、酯 (TDI) 摩爾比為 1:1.1～1:1.3，三聚氰胺與甲醛摩爾比為1:1.5～1:1.8。徐軍</p><p>　　雖然國內(nèi)對(duì)石蠟相變微膠囊的制備方法和原料進(jìn)行了很多改進(jìn)，但制得的石蠟相變微膠囊在發(fā)生固-液相變時(shí)仍無法完全解決體積變化和流動(dòng)帶來的問題。</p><p>　　二、相變微膠囊的制備方法</p><p>　　傳統(tǒng)的微膠囊制備方法從原理上大致可分為物理

10、方法、物理化學(xué)方法、化學(xué)方法三類，每類又包括若干種方法[15-18]，如表1.1所示。物理方法是利用物理機(jī)械的方法制備微膠囊，其先驅(qū)者是美國的D. E. Wurster。在上個(gè)世紀(jì)40年代末，他首先采用空氣懸浮法制備微膠囊，并成功地運(yùn)用到藥物包衣領(lǐng)域，至今仍然把空氣懸浮法稱為Wurster法。物理化學(xué)方法:美國的NCR公司的B. K. Green是利用物理化學(xué)原理制備微膠囊的先行者。50年代初，他發(fā)明了相分離復(fù)合凝聚法制備含油明膠微膠囊

11、，取得了專利，并用于制備無碳復(fù)寫紙，在商業(yè)上取得極大成功，由此開辟了以相分離為基礎(chǔ)的物理化學(xué)制備微膠囊的新領(lǐng)域?；瘜W(xué)方法:50年代末到60年代，人們開始研究把合成高分子的聚合方法應(yīng)用于微膠囊制備，發(fā)表了許多以高分子聚合反應(yīng)為基礎(chǔ)的用化學(xué)方法制備微膠囊的專利。具體方法以界面聚合法、原位聚合法和凝聚法應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　1.1微膠囊的制備方法</p><p><b>

12、　　2.1界面聚合法</b></p><p>　　界面聚合法的技術(shù)特點(diǎn)是:兩種反應(yīng)單體分別存在于乳液中不相溶的分散相和連續(xù)相中，而聚合反應(yīng)在相界面上進(jìn)行。這種制備微膠囊的工藝方便、簡單、反應(yīng)速度快，效果好，不需要昂貴復(fù)雜的設(shè)備，可以在常溫下進(jìn)行。此方法雖簡單，但對(duì)包覆材料要求較高，包覆單體必須具備高的反應(yīng)活性，可以進(jìn)行縮聚反應(yīng)。</p><p><b>　　2.2原位

13、聚合法</b></p><p>　　原位聚合法是將單體和引發(fā)劑全部置于囊芯外部，而且要求單體是可溶的，而生成的聚合物是不可溶的，聚合物沉積在囊芯物表面并包覆形成微膠囊。許多高分子反應(yīng)，如均聚、共聚和縮聚反應(yīng)都可用于原位聚合法制備微膠囊。原位聚合法與界面聚合法都是以單體為原料，利用合成高分子材料作殼材料的方法。兩種方法所不同的是，在界面聚合法微膠囊化的過程中，分散相和連續(xù)相兩者均要能夠提供單體，而且兩種

14、以上不相容的單體分別溶解在不相容的兩相中;而對(duì)于原位聚合來說，單體僅由分散相或連續(xù)相中的一個(gè)提供。比較這兩種方法時(shí)可以看出，界面聚合法產(chǎn)生微膠囊殼的速率要比原位聚合法快得名。</p><p><b>　　2.3凝聚法</b></p><p>　　凝聚法的特點(diǎn)是利用改變溫度或在溶液中加入無機(jī)鹽電解質(zhì)、成膜材料的非溶劑，或創(chuàng)造條件誘發(fā)兩種成膜材料間相互結(jié)合等方法，使壁材溶

15、液產(chǎn)生相分離，形成兩個(gè)新相，一個(gè)是含壁材濃度很高的聚合物豐富相(又稱包囊材料相)，另一個(gè)是含壁材很少的聚合物缺乏相。形成的聚合物豐富相是可以充分流動(dòng)的，并能夠穩(wěn)定地逐步環(huán)繞在囊芯微粒的周圍。相分離步驟是制備微膠囊的關(guān)鍵。凝聚相分離法根據(jù)分散介質(zhì)可分為水相分離法和油相分離法。水相分離法又按成膜材料的不同分為復(fù)合凝聚法和簡單凝聚法。</p><p>　　復(fù)合凝聚法是凝聚法中最常用的方法此方法是由兩種或多種帶有相反電荷

16、的線性無規(guī)聚合物材料做壁材，將囊芯物質(zhì)分散在壁材的水溶液中，在適當(dāng)?shù)臈l件下(pH值的改變、溫度的改變、稀釋、無機(jī)鹽電解質(zhì)的加入)，使得相反電荷的高分子材料間發(fā)生靜電作用。高分子材料的溶解度隨之降低而產(chǎn)生了相分離，膠體從溶液中凝聚出來。以明膠與阿拉伯樹膠通過復(fù)凝聚法在水相中進(jìn)行微膠囊化可以包覆許多疏水性液體。如采用此方法可以包覆的芯材主要包括壓敏復(fù)寫紙材料、膠粘劑、發(fā)泡劑、熱敏記錄材料、液晶、照片的顯影劑、環(huán)氧樹脂的固化劑、磁性材料等。&

17、lt;/p><p>　　三、相變微膠囊的研究方法</p><p>　　微膠囊的各種特性如:表面形貌、粒徑分布和包覆率等是影響微膠囊性能的重要參數(shù)，因此研究微膠囊各個(gè)參數(shù)的影響因素對(duì)掌握微膠囊的性能具有重要的意義。擬采用原位聚合法制備相變材料微膠囊，采用SEM、DSC, F'T-IR、激光粒徑分布儀等測(cè)試儀器分別測(cè)定微膠囊形態(tài)、熱性能、化學(xué)成分以及粒徑分布，并研究各因素對(duì)微膠囊包覆率影響

18、。</p><p><b>　　四、總結(jié)</b></p><p>　　綜上所述，石蠟相變微膠囊材料在軍事領(lǐng)域、纖維紡織品、熱能傳遞、涂料和太陽能利用等領(lǐng)域中已經(jīng)得到了應(yīng)用，本課題想在制備實(shí)驗(yàn)中使用一些新型的乳化劑和引發(fā)劑，制備出性能優(yōu)異的相變儲(chǔ)能材料，對(duì)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展將具有積極的推動(dòng)作用。</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)&l

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