原位聚合法制備石蠟微膠囊的研究

原位聚合法制備石蠟微膠囊的研究

作為一種可吸收或釋放能量的材料，甾醇是可以吸收或釋放的材料。這些吸收或釋放的能量被稱為轉化潛熱（或轉化）。石蠟作為一種性能優(yōu)異的相變材料,具有價格低廉、相變性能穩(wěn)定、儲熱能力強等優(yōu)點,可通過調節(jié)目標的溫度而改變目標的熱紅外輻射強度,彌補了常規(guī)低發(fā)射涂料在實際應用中的不足,在隱身領域受到極大關注。國外Mckinney等將加有不同熔點相變微膠囊的可見光迷彩涂料涂覆于坦克的不同發(fā)熱部位,使得坦克在紅外熱像圖上顯示出雜亂的紅外特征,實現(xiàn)了可見光和紅外一體化隱身。為了將石蠟這類具有較大相變焓的材料應用于偽裝領域,必須解決石蠟固-液相變后的流動性問題。文中采用原位聚合法制備了脲醛樹脂包覆的石蠟相變微膠囊,擬解決石蠟液化后的流動性問題,為石蠟作為相變材料的工程化應用提供實驗依據(jù)。1實驗1.1微膠囊配方設計為研究不同芯壁比(文中的芯壁比均指配方設計的芯材與壁材的質量比,而非合成的微膠囊的核殼比)對微膠囊形貌和熱性能的影響,設計了如表1的配方。1.2堿溶液配制方案按設計的配方,將尿素和甲醛混合后裝入四口燒瓶,滴加15%(文中的百分數(shù)均為質量分數(shù))的氫氧化鈉溶液調節(jié)至弱堿性,將四口燒瓶放入調溫電熱套中,并用鐵架臺固定位置。在四口燒瓶的中心玻璃口中插入JJ-1型增力攪拌棒,在一個側口中插入溫度計,升溫至80℃,保溫2h,即可反應得到預聚體脲醛樹脂溶液。1.3重質酸巖石蠟改性cy思想上消除在制備的預聚體脲醛樹脂溶液中,按化學計量比添加一定量的十二烷基苯磺酸鈉乳化劑和聚乙烯醇(1%)溶液,混合均勻后,將四口燒瓶放入調溫電熱套中,并用鐵架臺固定位置,開動攪拌機,升溫至80℃,保溫1h,加入經過高溫加熱熔化后的液態(tài)石蠟,充分攪拌,直至石蠟乳化并均勻分散;隨后滴加8%的鹽酸溶液調節(jié)酸性,直到預聚體完全固化。反應結束后,用蒸餾水洗滌3～5次,抽濾,烘箱干燥。1.4微膠囊的表面形貌用XL30PHILIPS型掃描電子顯微鏡觀察微膠囊的表面形貌。觀察前,在掃描電子顯微鏡的樣品臺上貼上雙面膠,將樣品撒于雙面膠上,拂去多余的樣品,噴金。1.5測試方法采用美國PE公司的差示掃描量熱儀測試膠囊的初始相變溫度、峰值相變溫度、熱焓等性能參數(shù),測試設備參數(shù)為:靈敏度<0.2W,溫度準確度±0.01℃。測試時,升溫速率為5℃/min,溫度范圍0～200℃。2結果與討論2.1芯壁比對微膠囊形貌的影響制得的相變微膠囊樣品為均勻的淡黃色粉末,這是因為在相變微膠囊的制備過程中,沒有采用張峰等人報道的通氮氣除氧,催化劑間苯二酚被氧化所致。圖1是所得相變微膠囊的SEM圖。由圖1可見,芯壁比對微膠囊的合成起著至關重要的作用。隨芯壁比增加,微膠囊的粒徑及形貌均發(fā)生著明顯的變化:當芯壁比為l∶1時,壁材比例偏大,微膠囊有很好的包覆,但壁材過厚,膠囊粒徑相對較大;當芯壁比為2∶1時,微膠囊包覆也較好,粒徑大小較為均勻;當芯壁比為3∶l時,由于芯材相對較多,壁材較少,存在大量的游離石蠟,不利于石蠟的包覆,相變微膠囊產率很低。因此,合成相變微膠囊的最佳芯壁比為2∶1。2.2微膠囊流變潛熱相變微膠囊的蓄熱能力是關鍵性能之一。在微膠囊的制備過程中,石蠟相變材料被包覆在粒徑數(shù)微米的脲醛樹脂囊壁中,其相變性能是否依然優(yōu)異是一個必須要考慮的問題。圖2是三種不同芯壁比石蠟微膠囊的DSC曲線,可見DSC曲線的變化趨勢基本一致,吸熱峰都出現(xiàn)了兩個,這與工業(yè)石蠟的碳原子數(shù)組成主要集中在兩個范圍有關。微膠囊沒有固定的熔點,只能在一個溫度范圍內熔化,這主要是由芯材石蠟決定的。石蠟是一種典型的混合物,由很多碳氫化合物組成,除主要含有直鏈正烷烴外,也包含少數(shù)異構烷烴和環(huán)烷烴;同時,烷烴固-液相變反應的發(fā)生溫度與烷烴鏈的長短密切相關。分析認為,小峰主要為短鏈烷烴固-液相變反應,大峰主要為長鏈烷烴固-液相變反應。微膠囊的相變潛熱則是這兩個峰面積的數(shù)值積分。為進一步分析熱性能,筆者將不同芯壁比的微膠囊和芯材石蠟的相變溫度及相變焓列于表2。由表2可以看出,隨著芯壁比的不斷降低,微膠囊的相變潛熱也逐漸降低。這主要是由于微膠囊由壁材脲醛樹脂和芯材石蠟兩部分組成,并且有可能部分脲醛樹脂沒有轉變成微膠囊壁,而是分散在微膠囊之間,所以隨著囊壁脲醛樹脂比例的增加,微膠囊的相變潛熱逐漸減低。此外,微膠囊的相變開始溫度和峰值溫度均接近芯材石蠟,這說明石蠟被脲醛樹脂微膠囊化后,仍保持了良好的相變性能。綜合考慮微膠囊的微觀形態(tài)和相變潛熱等熱性能,筆者認為在合成石蠟脲醛樹脂微膠囊時,選擇芯壁比為2∶1較好。3芯壁比對微膠囊dsc曲線的影響1)芯壁比為1∶1時,微膠囊的壁材過厚,且粒徑相對較大,出現(xiàn)團聚現(xiàn)象;芯壁比為3∶1時,由于壁材過少,出現(xiàn)大量的游離石蠟,幾乎看不到完整的微膠囊,不利于石蠟的包覆。2)采用不同芯