Page 60 - 《精细化工》2019年第11期

·2208· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

相变材料微胶囊化不仅能增加相变材料的热传 AR，国药集团化学试剂有限公司；三聚氰胺（CP）、
导面积，控制相转变过程的体积变化，而且能克服 间苯二酚（AR），西陇化工股份有限公司。
相变材料易泄露的缺陷 [1-2] 。相变材料微胶囊化能保 Quanta200F 环境扫描电子显微镜，美国 FEI 公
持相变材料的储热性能，可应用于建筑材料、太阳 司；Nicolet5700 傅里叶变换红外光谱仪，美国
能和军事伪装等领域，现已成为国内外能源领域的 Thermo Fisher 公司；DSC8000 差热扫描量热仪，美
[3]
研究热点 。其常用的制备方法有原位聚合法、界 国 PE 公司。
面聚合法、乳液聚合法以及溶胶-凝胶法等。其中， 1.2 癸酸微胶囊制备
原位聚合法是合成相变微胶囊材料（MEPCMs）的 称取 37.0 g 甲醛水溶液（质量分数为 37%）、18.0
主要方法 [4-5] 。 g 尿素及适量去离子水混合后加入到圆底烧瓶，滴
现有研究表明，乳液体系、芯壁质量比、乳化
加三乙醇胺调节 pH 为 8~9，在 70 ℃、450 r/min 下
剂用量及乳化转速等因素对原位聚合法所制备的相 反应，待溶液澄清后倒入 0.9 g 三聚氰胺，同时用少
[6]
变微胶囊的微观形貌和热性能有直接影响 。王永 量去离子水洗去黏在烧瓶壁上的三聚氰胺粉末，在
[7]
凤等 采用原位聚合法制备了以脲醛树脂为壁材，
此条件下反应 40~60 min，形成稳定的预聚体溶液。
包覆石蜡的相变微胶囊材料，当芯壁质量比为 2∶1
在中性或弱碱性条件下，尿素和甲醛进行反应，得到水溶
时，微胶囊的相变温度和相变潜热接近芯材石蜡。 性的一羟甲基脲、二羟甲基脲以及少量三羟甲基脲。
[8]
王俊霞等 通过原位聚合法以硬脂酸-十八醇低共融
称取 100 g 癸酸和 m(OP-10)∶m(Span-80)=4∶1
复合相变材料为芯材，三聚氰胺改性的脲醛树脂
的复合乳化剂 5.0 g，与适量去离子水混合在三口烧
（UF）为壁材，氨基化多壁碳纳米管（MWCNTs-NH 2）
瓶中进行乳化，乳化温度为 60~70 ℃，在 1400 r/min
为高导热填料制备了 MWCNTs/SA-OA@UF 相变微
转速下乳化 60 min，形成稳定的白色乳液。调节转
胶囊，结果表明，十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和曲
速到 500~600 r/min，将预聚体溶液缓慢滴加到癸酸
拉通 X-100 复配乳化剂使 SA-OA@UF 相变微胶囊
[9]
的表面形貌更加光滑平整。Su 等 利用原位聚合法 乳液中，用柠檬酸缓慢调节体系的 pH 到 2~3，进行
酸化，酸化反应 60 min 后，将温度升高到 80 ℃，
制备以甲醇改性三聚氰胺-甲醛（MMF）为壁材，正
加入 2.16 g 间苯二酚，保温反应 1.5~2.0 h 固化。在
十二醇为芯材的相变微胶囊，研究发现，随着搅拌
转速的增大，相变微胶囊的平均粒径迅速减小。王 酸性条件下，预聚体中产生的一羟甲基脲、二羟甲
立新等 [10] 采用原位聚合法以三聚氰胺-尿素-甲醛预 基脲及少量三羟甲基脲发生聚合反应，产生低分子
量的线性和低交联度的脲醛树脂，并在固化剂作用
聚物为壁材，包覆一种相变点为 24 ℃、相变焓为
下，羟甲基与氨基进一步缩合交联成复杂的网状体
225.5 J/g 的有机相变材料，制备一种具有调温储热
功能的复合材料，结果发现微胶囊呈球形，平均粒 型结构。
径小于 5 m，固化剂滴加速度为 0.8 mL/min 时微胶 用质量分数 10%的氢氧化钠溶液调节 pH 至中
囊形貌最好。上述文献多是研究单因素对原位聚合 性，继续反应 10 min。反应停止后，真空抽滤，清
法所制备的相变微胶囊热性能的影响，而综合考察 洗 2 次得到癸酸微胶囊滤饼，将其放入烘箱，在 50 ℃
乳液体系、芯壁质量比、乳化剂用量及乳化转速等 下烘干至恒重，得到癸酸微胶囊。癸酸微胶囊制备
多因素对相变微胶囊热性能的影响却鲜见报道。 过程如图 1 所示。在酸性条件下，预聚体中产生的一羟
为了综合探究芯壁质量比、乳化剂用量、乳化 甲基脲、二羟甲基脲及少量三羟甲基脲发生聚合反应，生
转速及固化剂用量对相变微胶囊微观形貌和热性能 成脲醛树脂（UF）。
的影响，本文采用原位聚合法制备了以癸酸为芯材， 1.3 性能测试及表征
脲醛树脂为壁材的相变微胶囊材料。选择芯壁质量 采用环境扫描电子显微镜表征癸酸微胶囊的微
比、乳化剂用量、乳化转速及固化剂用量为因素设 观形貌；采用傅里叶变换红外光谱分别测试癸酸，
4
计了 L9（3 ）正交实验，采用 ESEM、FTIR 和 DSC 脲醛树脂（UF）及癸酸微胶囊的化学结构，测试过
分别测试了所制备的癸酸微胶囊微观形貌、化学结 程中样品采用 KBr 粉末压片法进行处理，癸酸微胶
构和热性能，利用渗漏率实验检验了癸酸微胶囊的 囊会经过压破处理；采用美国 PE 公司的 DSC8000
防渗性能，为未来相变微胶囊材料工业化生产和应 差热扫描量热仪分别测试癸酸微胶囊的相变温度和
用提供了理论基础。 相变潜热，升温速率为 10 K/min，在 N 2 条件下进行

测定。
1 实验部分
包覆率 E 的计算公式见式（1）：
r
1.1 试剂与仪器  H
E /%  M  100 （1）
尿素、甲醛、三乙醇胺、癸酸、OP-10、Span-80， r  H C