相變微膠囊以其優(yōu)異的儲熱性能被廣泛用于建筑節(jié)能等領(lǐng)域,但是,由于傳統(tǒng)相變微膠囊常以表面活性劑所穩(wěn)定的乳液為模板,由單一高分子聚合物形成囊壁,導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性和儲熱性能較低。本文通過在高嶺石穩(wěn)定的水/石蠟乳液界面處引發(fā)異佛爾酮二異氰酸酯和水發(fā)生聚合反應(yīng),成功獲得了囊壁為高嶺石聚脲包封客體為石蠟的相變微膠囊。結(jié)果表明:相變微膠囊形貌規(guī)整呈球形,微膠囊平均粒徑為42μm并可通過調(diào)控乳液液滴大小實現(xiàn)尺寸調(diào)控;該微膠囊的石蠟包封率達(dá)85.3%,相變點為49.6℃,熱分解溫度為218℃,相變潛熱高達(dá)175.7 J/g。以高嶺石穩(wěn)定的Pickering乳液為模板所制備的相變微膠囊具有良好的熱穩(wěn)定性和相變潛熱,有望作為相變儲熱材料應(yīng)用于節(jié)能領(lǐng)域。 

【文章來源】：功能材料. 2020,51(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

不同高嶺石添加量的相變微膠囊粒徑分布圖(a-e:高嶺石添加量分別為0.1 g、0.2 g、0.4 g、0.6 g和0.8 g;f:相變微膠囊平均粒徑)

圖1 不同高嶺石添加量的相變微膠囊粒徑分布圖(a-e:高嶺石添加量分別為0.1 g、0.2 g、0.4 g、0.6 g和0.8 g;f:相變微膠囊平均粒徑)圖3(a)是相變微膠囊的SEM圖,相變微膠囊形貌規(guī)整為球形,殼層上分布有為大小不均一的片層狀高嶺石顆粒,在乳液油水界面處形成的聚脲將高嶺石固定在微膠囊的外表面形成囊壁將芯材包裹。相變微膠囊在制備過程中經(jīng)4 000 rpm離心洗滌和70 ℃干燥處理后只發(fā)生了輕微的形變而沒有破損,表明高嶺石聚脲相變微膠囊具有較好的強(qiáng)度和可塑性可以滿足石蠟在相變過程中的體積變化。為了進(jìn)一步研究相變微膠囊內(nèi)部結(jié)構(gòu)我們將封裝石蠟的相變微膠囊破碎后,使用石油醚進(jìn)行離心洗滌去除石蠟,通過SEM觀察相變微膠囊的囊壁結(jié)構(gòu)如圖3(b),囊壁厚度為0.22～0.86 μm,內(nèi)表面光滑致密。微膠囊囊壁內(nèi)表面光滑致密,外表面粗糙,囊壁內(nèi)外表現(xiàn)出不同的形貌特征,根據(jù)Pickering乳液的穩(wěn)定機(jī)理,高嶺石在油水界面處組成界面膜的基礎(chǔ)上,分布在連續(xù)相中組成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)阻止液滴之間的團(tuán)聚,保持乳液的穩(wěn)定性,在乳液油水界面處水分子穿過高嶺石所組成的界面膜與油相中溶解的IPDI發(fā)生反應(yīng)形成聚脲,由此形成相變微膠囊囊壁內(nèi)外不同的形貌特征,外表面粗糙,其主要由高嶺石和聚脲組成,內(nèi)表面光滑致密,其主要由聚脲組成。

圖3(a)是相變微膠囊的SEM圖,相變微膠囊形貌規(guī)整為球形,殼層上分布有為大小不均一的片層狀高嶺石顆粒,在乳液油水界面處形成的聚脲將高嶺石固定在微膠囊的外表面形成囊壁將芯材包裹。相變微膠囊在制備過程中經(jīng)4 000 rpm離心洗滌和70 ℃干燥處理后只發(fā)生了輕微的形變而沒有破損,表明高嶺石聚脲相變微膠囊具有較好的強(qiáng)度和可塑性可以滿足石蠟在相變過程中的體積變化。為了進(jìn)一步研究相變微膠囊內(nèi)部結(jié)構(gòu)我們將封裝石蠟的相變微膠囊破碎后,使用石油醚進(jìn)行離心洗滌去除石蠟,通過SEM觀察相變微膠囊的囊壁結(jié)構(gòu)如圖3(b),囊壁厚度為0.22～0.86 μm,內(nèi)表面光滑致密。微膠囊囊壁內(nèi)表面光滑致密,外表面粗糙,囊壁內(nèi)外表現(xiàn)出不同的形貌特征,根據(jù)Pickering乳液的穩(wěn)定機(jī)理,高嶺石在油水界面處組成界面膜的基礎(chǔ)上,分布在連續(xù)相中組成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)阻止液滴之間的團(tuán)聚,保持乳液的穩(wěn)定性,在乳液油水界面處水分子穿過高嶺石所組成的界面膜與油相中溶解的IPDI發(fā)生反應(yīng)形成聚脲,由此形成相變微膠囊囊壁內(nèi)外不同的形貌特征,外表面粗糙,其主要由高嶺石和聚脲組成,內(nèi)表面光滑致密,其主要由聚脲組成。聚脲是通過脂肪族異氰酸酯IPDI與水反應(yīng)生成胺,再由胺與IPDI反應(yīng)生成。為了確認(rèn)相變微膠囊囊壁的組成,選用紅外光譜技術(shù)對相變微膠囊囊壁進(jìn)行了分析。圖4a-c分別為IPDI、相變微膠囊囊壁和高嶺石的紅外光圖譜。2 265 cm-1處歸屬于異氰酸酯基-N=C=O的不對稱伸縮振動吸收峰,對比IPDI和囊壁的紅外圖譜可以發(fā)現(xiàn),異氰酸酯基-N=C=O的不對稱伸縮振動大幅減弱;并且囊壁圖譜上出現(xiàn)了表明聚脲存在的歸屬于仲酰氨基-N-H伸縮振動3 376 cm-1處吸收峰,歸屬于羰基-C=O-伸縮振動的1638 cm-1處吸收峰,歸屬于仲酰胺基-N-H的變形振動的1 560 cm-1處吸收峰。對比囊壁和高嶺石的紅外圖譜,高頻區(qū)3 695 cm-1、3 620 cm-1處的吸收峰歸屬于高嶺石內(nèi)表面羥基伸縮振動,低頻區(qū)1 031 cm-1處的吸收峰歸屬于高嶺石的Si-O伸縮振動均未發(fā)生明顯的偏移,說明聚脲在形成過程中對高嶺石的結(jié)構(gòu)影響很小。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3488895