石蜡微胶囊的制备及性能表征文献综述

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1、文献综述石蜡微胶囊的制备及性能表征一、引言相变材料是利用物质发生相变时需要吸收或放出大量热量的性质来储热的。当相变材料在温度高于相变点时吸收热量而发生固液相变；当温度低于相变点时，则发生液固相变而释放热量[1]。相变微胶囊（microPCMs）是采用高聚物壳材对相变芯材进行包覆以形成粒径在0.1～100μm,外壳厚度为0.01～10μm之间的具有稳定核壳结构的复合相变材料。芯材在相变过程中能吸收或释放较大的相变潜热,可用来实现能量的储存与释放。相变芯材经聚合物包封后克服了相变材料在相变过程前后的相态变化导致的泄漏和相分离,另一方面也可以增大相变材料的比

2、表面积,提高传热效果[2]。介于相变微胶囊材料具有的这种蓄热放热能力，其被广泛应用于功能热流体、建筑、太阳能利用、纤维纺织、军事红外伪装等领域[3]。由于相变微胶囊材料的高传热效率，降低了导热材料的体积，减少了实际应用中的热能损失和生产成本，符合可持续发展的思想。石蜡主要由含碳数14～30的直链烷烃构成,具有相变温度范围广(10～80℃),相变焓高(200～300kJ/kg),储能密度大、价格便宜、不过冷、化学性质稳定、无毒无腐蚀性等优点,同时作为被包裹的囊芯,可以克服石蜡本身导热系数低,可能被空气氧化为有机酸等缺点,所以石蜡类相变材料成为了一种较理想

3、的微胶囊囊芯材料[3]。相变微胶囊的研究最早始于20世纪70年代,美国的Lanel和Glew[4]将相变储热微胶囊直接和建材结合，制得具有调温功能的复合建筑材料。Mehalick和Tweedie[5]将相变材料微胶囊引入热传递流体组成颗粒/液滴浆状悬浮液,提高了流体的热传递性能和蓄热性能。近年来，相变微胶囊的研究有长足进展，由于石蜡的各种优点，成为一种理想的微胶囊囊芯材料，人们对石蜡相变微胶囊有着浓厚的兴趣。Hawlader、Uddin[6]等人用复凝聚法,以阿拉伯树胶和明胶为壁材,石蜡为芯材,制成了直径在微米级的微胶囊。HolmanME.[7]以石蜡

4、烃为囊芯,含有金属氧化物的凝胶为囊壁,经过喷雾法获得了平均粒径小于50μm的凝胶涂敷相变微胶囊,这种胶囊在抗压性和阻燃性方面得到了明显改善。Frank等[8]通过缩聚法获得蜜胺树脂相变材料微胶囊。Yoshilka等[9]利用有机硅盐制备了高耐热温度的微胶囊壳材。Bryant等[10]以聚氨酯等为粘合剂，将相变材料微胶囊涂覆于织物以提高织物的可逆储热性能。5目前相变储热材料微胶囊在美国、日本等西方国家已经实现了产业化，在军事领域、纤维纺织品、热能传递、涂料和太阳能利用等领域中已经得到了应用；国内学者在这一方面也做了大量的工作，很多实验室也已经合成出了微胶

5、囊相变材料，但由于很多工艺条件还不成熟而仍无法进行产业化生产，国内所使用的相变储热材料微胶囊仍全依靠进口[1]。国内学者也对石蜡相变微胶囊进行了深入的研究。谢家庆[11]等采用直接原位聚合法制备了以石蜡为囊芯的脲醛树脂微胶囊，并测定起最佳工艺条件：芯壁比0.78:1，反应温度70℃，搅拌速率2500r/min，pH=2.3~3.0。刘向[12]等采用界面聚合法，以甲苯二异氰酸酯和哌嗪为反应单体,58号固体石蜡为芯材,制备了一种新型的工业余热回收用石蜡相变微胶囊，分散性良好，平均粒径为12.5μm,相变潜热可达153J/g。袁文辉[13]等以石蜡为芯材，

6、廉价的聚脲和三聚氰胺甲醛树脂为壁材，采用原位聚合法和界面聚合法制备了双壳层石蜡微胶囊。最佳条件为：乙二胺(EDA)与甲苯二异氰酸酯(TDI)摩尔比为1:1.1～1:1.3，三聚氰胺与甲醛摩尔比为1:1.5～1:1.8。徐军[14]等通过自由基聚合法制备甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸的共聚物(P(MMA-co-AA))包覆熔点在58～60℃的半精炼石蜡芯材，得到微胶囊直径范围为1～5μm,其中相变芯材的含量可达70%左右,具有较高的相变潜热(99J/g)。虽然国内对石蜡相变微胶囊的制备方法和原料进行了很多改进，但制得的石蜡相变微胶囊在发生固-液相变时仍无法完全解

7、决体积变化和流动带来的问题。二、相变微胶囊的制备方法传统的微胶囊制备方法从原理上大致可分为物理方法、物理化学方法、化学方法三类，每类又包括若干种方法[15-18]，如表1.1所示。物理方法是利用物理机械的方法制备微胶囊，其先驱者是美国的D.E.Wurster。在上个世纪40年代末，他首先采用空气悬浮法制备微胶囊，并成功地运用到药物包衣领域，至今仍然把空气悬浮法称为Wurster法。物理化学方法:美国的NCR公司的B.K.Green是利用物理化学原理制备微胶囊的先行者。50年代初，他发明了相分离复合凝聚法制备含油明胶微胶囊，取得了专利，并用于制备无碳复写

8、纸，在商业上取得极大成功，由此开辟了以相分离为基础的物理化学制备微胶囊的新领域。化学方法:50