原位聚合法制备石蜡微胶囊的研究

原位聚合法制备石蜡微胶囊的研究

作为一种可吸收或释放能量的材料，甾醇是可以吸收或释放的材料。这些吸收或释放的能量被称为转化潜热（或转化）。石蜡作为一种性能优异的相变材料,具有价格低廉、相变性能稳定、储热能力强等优点,可通过调节目标的温度而改变目标的热红外辐射强度,弥补了常规低发射涂料在实际应用中的不足,在隐身领域受到极大关注。国外Mckinney等将加有不同熔点相变微胶囊的可见光迷彩涂料涂覆于坦克的不同发热部位,使得坦克在红外热像图上显示出杂乱的红外特征,实现了可见光和红外一体化隐身。为了将石蜡这类具有较大相变焓的材料应用于伪装领域,必须解决石蜡固-液相变后的流动性问题。文中采用原位聚合法制备了脲醛树脂包覆的石蜡相变微胶囊,拟解决石蜡液化后的流动性问题,为石蜡作为相变材料的工程化应用提供实验依据。1实验1.1微胶囊配方设计为研究不同芯壁比(文中的芯壁比均指配方设计的芯材与壁材的质量比,而非合成的微胶囊的核壳比)对微胶囊形貌和热性能的影响,设计了如表1的配方。1.2碱溶液配制方案按设计的配方,将尿素和甲醛混合后装入四口烧瓶,滴加15%(文中的百分数均为质量分数)的氢氧化钠溶液调节至弱碱性,将四口烧瓶放入调温电热套中,并用铁架台固定位置。在四口烧瓶的中心玻璃口中插入JJ-1型增力搅拌棒,在一个侧口中插入温度计,升温至80℃,保温2h,即可反应得到预聚体脲醛树脂溶液。1.3重质酸岩石蜡改性cy思想上消除在制备的预聚体脲醛树脂溶液中,按化学计量比添加一定量的十二烷基苯磺酸钠乳化剂和聚乙烯醇(1%)溶液,混合均匀后,将四口烧瓶放入调温电热套中,并用铁架台固定位置,开动搅拌机,升温至80℃,保温1h,加入经过高温加热熔化后的液态石蜡,充分搅拌,直至石蜡乳化并均匀分散;随后滴加8%的盐酸溶液调节酸性,直到预聚体完全固化。反应结束后,用蒸馏水洗涤3～5次,抽滤,烘箱干燥。1.4微胶囊的表面形貌用XL30PHILIPS型扫描电子显微镜观察微胶囊的表面形貌。观察前,在扫描电子显微镜的样品台上贴上双面胶,将样品撒于双面胶上,拂去多余的样品,喷金。1.5测试方法采用美国PE公司的差示扫描量热仪测试胶囊的初始相变温度、峰值相变温度、热焓等性能参数,测试设备参数为:灵敏度<0.2W,温度准确度±0.01℃。测试时,升温速率为5℃/min,温度范围0～200℃。2结果与讨论2.1芯壁比对微胶囊形貌的影响制得的相变微胶囊样品为均匀的淡黄色粉末,这是因为在相变微胶囊的制备过程中,没有采用张峰等人报道的通氮气除氧,催化剂间苯二酚被氧化所致。图1是所得相变微胶囊的SEM图。由图1可见,芯壁比对微胶囊的合成起着至关重要的作用。随芯壁比增加,微胶囊的粒径及形貌均发生着明显的变化:当芯壁比为l∶1时,壁材比例偏大,微胶囊有很好的包覆,但壁材过厚,胶囊粒径相对较大;当芯壁比为2∶1时,微胶囊包覆也较好,粒径大小较为均匀;当芯壁比为3∶l时,由于芯材相对较多,壁材较少,存在大量的游离石蜡,不利于石蜡的包覆,相变微胶囊产率很低。因此,合成相变微胶囊的最佳芯壁比为2∶1。2.2微胶囊流变潜热相变微胶囊的蓄热能力是关键性能之一。在微胶囊的制备过程中,石蜡相变材料被包覆在粒径数微米的脲醛树脂囊壁中,其相变性能是否依然优异是一个必须要考虑的问题。图2是三种不同芯壁比石蜡微胶囊的DSC曲线,可见DSC曲线的变化趋势基本一致,吸热峰都出现了两个,这与工业石蜡的碳原子数组成主要集中在两个范围有关。微胶囊没有固定的熔点,只能在一个温度范围内熔化,这主要是由芯材石蜡决定的。石蜡是一种典型的混合物,由很多碳氢化合物组成,除主要含有直链正烷烃外,也包含少数异构烷烃和环烷烃;同时,烷烃固-液相变反应的发生温度与烷烃链的长短密切相关。分析认为,小峰主要为短链烷烃固-液相变反应,大峰主要为长链烷烃固-液相变反应。微胶囊的相变潜热则是这两个峰面积的数值积分。为进一步分析热性能,笔者将不同芯壁比的微胶囊和芯材石蜡的相变温度及相变焓列于表2。由表2可以看出,随着芯壁比的不断降低,微胶囊的相变潜热也逐渐降低。这主要是由于微胶囊由壁材脲醛树脂和芯材石蜡两部分组成,并且有可能部分脲醛树脂没有转变成微胶囊壁,而是分散在微胶囊之间,所以随着囊壁脲醛树脂比例的增加,微胶囊的相变潜热逐渐减低。此外,微胶囊的相变开始温度和峰值温度均接近芯材石蜡,这说明石蜡被脲醛树脂微胶囊化后,仍保持了良好的相变性能。综合考虑微胶囊的微观形态和相变潜热等热性能,笔者认为在合成石蜡脲醛树脂微胶囊时,选择芯壁比为2∶1较好。3芯壁比对微胶囊dsc曲线的影响1)芯壁比为1∶1时,微胶囊的壁材过厚,且粒径相对较大,出现团聚现象;芯壁比为3∶1时,由于壁材过少,出现大量的游离石蜡,几乎看不到完整的微胶囊,不利于石蜡的包覆。2)采用不同芯