1、1 毕业设计开题报告 高分子材料与工程 石蜡微胶囊的制备及性能表征 一、选题的背景、意义 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 0.1 100 m ,外壳厚度为 0. 01 10 m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
2、可以增大相变材料的比表面积 ,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(200 300 kJ/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
3、理想的微胶囊囊芯材料 3。 本课题的目的在于通过成囊方法、壁材种类、芯壁比及乳化剂种类等方面的研究，得到最佳实验条件，制备出粒径分布均匀、囊壁具有一定致密性的石蜡相变微胶囊，使其能更适用于实际应用。 二、相关研究成果及动态 作为一种比较理想的储热材料相变微胶囊一直被广泛关注着。 相变微胶囊的研究最早始于 20 世纪 70 年代 ,美国的 Lanel 和 Glew4 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 Tweedie5 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
4、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、 Uddin6 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。 Holman M E.7 以石蜡烃为囊芯 ,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 50 m 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。 2 谢家庆 8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 2500 r/min， pH=2.3 3.0。刘向 9
5、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 12.5 m ,相变潜热可达 153J/g。袁文辉 10等以石蜡为芯材，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 11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
6、范围为 1 5 m ,其中相变芯材的含量可达 70 %左右 ,具有较高的相变潜热 (99 J/g)。 近年来，国内外都对石蜡相变微胶囊这一新型材料都具有相对浓厚的兴趣，对其进行了深入研究 13-16。石蜡相变微胶囊材料 有着相当大的实际应用性，对人们生产实际有很大的促进作用。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 3.1 课题的研究内容及拟采取的研究方法 3.1.1 石蜡相变微胶囊 的制备及工艺条件优化 相变微胶囊可以通过原位聚合、复凝聚 、乳液聚合及界面聚合等方法制备，不同方法制得的相变微胶囊在包覆率、耐热性能、化学稳定性等方面有很大差异 11。 原位聚合法
7、广泛应用于制备相变微胶囊。本课题中应用原位聚合法制备丙烯酸酯包覆石蜡囊芯形成微胶囊结构。界面聚合法是一种较新的相变微胶囊制备方 法 ,与其他方法相比 ,具有反应时间短、相变材料包覆率高等优点。在本课题研究中，我们以一种油溶性单体（甲基丙烯酸甲酯： MMA），和一种水溶性单体（甲基丙烯酸： MAA）通过界面聚合的方法形成 P( MMA-co-MAA)共聚物，以此包覆石蜡液滴，形成微胶囊。 改变实验条件（芯壁比、乳化剂种类和比例、搅拌速率等）制得各种相变微胶囊，并采用示差热扫描仪（ DSC）、 TG、光学显微镜、扫描电子显微镜（ SEM）、激光粒度仪等仪器测定包药微囊的形貌、粒度、成囊率、包囊率等
8、质量指标，并进行比较分析，得到最优条件。 3.1.2 石蜡相变微胶囊 的 表征 制备的样品采用红外、激光粒度仪、 SEM进行形貌和结构表征， 并用 TG、 DSC对 石蜡相变微胶囊的储热能力进行表征。 3.2 难点 3 表面活性剂种类、用量和芯壁比对产物的结构、性能有很大的影响，因此反应时要选择合适的表面活性剂，并对芯壁比进行严格地控制 。 3.3 预期达到的目标 制备 石蜡相变微胶囊 ，测其性能。 四、论文详细工作进度和安排 时间 任务安排 2010年 10月 25日 2010年 12月 1日 完成毕业论文过程材料（文献综述、开题报告、外文翻译） 2010年 12月 2日 2011年 1月
9、10日 样品的制备工作 2011年 3月 1日 2011年 4月 20日 继续样品的制备工作 2011年 4月 21日 2011年 4月 30日 结果表征及讨论 2011年 5月 1日 2011年 5月 18日 整理毕业论文 2011年 5月 19日 毕业论文答辩 准备毕业论文答辩材料 五、主要参考文献 1. 袁文辉 ,刘都树 ,李莉 . 微胶囊相变材料的制备和表征 J . 华南理工大学学报 :自然科学版 , 2007, 35 (7) : 46-51. 2. Yang R ,Xu H ,Zhang Y P. Solar Energy Materials & Solar Cells ,2003
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