建筑用相變微膠囊配置方法研究

沈霽 鄭同鑫 祁國(guó)昌 白浩 楊東霞 馬秀花 鄧建強(qiáng) 金小春

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

0 前言

相變微膠囊是用天然或者合成的聚合物材料，將相變芯材包裹的粒子。相變微膠囊有囊壁和囊芯兩個(gè)部分組成，其中囊芯為相變材料。

相變材料從相變形式上可分為固-固、固-液、液-氣及固-氣相變材料4類(lèi)，由固-液相變材料相變時(shí)體積膨脹率較小、儲(chǔ)熱能力較強(qiáng)，常見(jiàn)的固-液相變材料有石蠟類(lèi)、聚乙二醇、結(jié)晶水合鹽、共晶水合鹽、脂肪酸類(lèi)等。囊壁一般為高分子聚合物，常選擇的有聚脲、脲醛樹(shù)脂、聚酰胺、三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂或是它們的復(fù)合體系。但是其在使用過(guò)程中由于相轉(zhuǎn)變，相變材料會(huì)有一定的流失，其使用壽命受到一些限制，所以如何制成具有穩(wěn)定核殼結(jié)構(gòu)是相變微膠囊制作的難點(diǎn)。

本文介紹一種，通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的相變微膠囊制作方法。

1 相變微膠囊材料的選擇

相變微膠囊采用芯材+雙層壁材的結(jié)構(gòu)，其中：內(nèi)層囊壁為三聚氰胺相變改性脲醛樹(shù)脂材料，外層囊壁為二氧化硅。芯材采用石墨對(duì)芯材導(dǎo)熱改性。同時(shí)對(duì)微膠囊表面改性，使得相變微膠囊具有良好的保溫性能。

2 相變微膠囊制作工藝

2.1 囊壁的預(yù)聚合

準(zhǔn)備183克37%的甲醛水溶液和90克尿素混合倒入反應(yīng)釜中，開(kāi)始攪拌。

滴加三乙醇胺調(diào)節(jié)PH到8，調(diào)節(jié)溫度到50℃，攪拌一小時(shí)。攪拌反應(yīng)過(guò)程期間，30min時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的三聚氰胺27.3克。1小時(shí)的保溫?cái)嚢韬?，加?50g去離子水，形成穩(wěn)定的預(yù)聚體溶液備用。

2.2 改性石蠟芯材的制作

準(zhǔn)備200克石蠟和1.6克400目石墨，加入到反應(yīng)釜中。調(diào)節(jié)溫度到50℃，恒溫?cái)嚢?0min，制備出石墨石蠟混合物。

在1000mL去離子水中加入120g氯化鈉，21.3gOP-10，加入到石墨、石蠟混合物中。

保持溫度為50℃并攪拌，加入4g抗氧劑，4g熱穩(wěn)定劑，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速300r/min，保持?jǐn)嚢?5min。

2.3 內(nèi)層壁囊包裹

調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速到240r/min，溫度保持在50℃。調(diào)酸PH為6，滴加預(yù)聚體溶液到乳狀液中。在55℃條件下恒溫反應(yīng)，充分?jǐn)嚢瑁?0分鐘滴加酸一次，逐步調(diào)節(jié)到PH到2。PH值達(dá)到2后，加入20g亞甲基二萘磺酸鈉水溶液作為分散劑，保溫反應(yīng)1小時(shí)，之后升溫到70℃保溫反應(yīng)2小時(shí)。用三乙醇胺調(diào)節(jié)PH值到9，將80g硅酸鈉水溶液加入到溶液中，用檸檬酸調(diào)整混合溶液PH值到6。

2.4 相變微膠囊合成及處理

2.4.1 硅溶膠制備

取正硅酸乙酯TEOS：100g、硅烷偶聯(lián)劑KH-570：194g、無(wú)水乙醇EtOH：12.5g，用10%檸檬酸調(diào)節(jié)到PH到4。60℃恒溫水解6h，得到硅溶膠（得到硅溶膠后立即進(jìn)行下一步反應(yīng)）。

2.4.2 膠囊表面改性及后處理

取微膠囊500g、硅溶膠300g、水4500g混合。60℃下，機(jī)械攪拌1h，對(duì)所得微膠囊乳濁液在75℃條件下機(jī)械攪拌，減壓蒸餾蒸發(fā)掉體系中的水和乙醇。50℃真空干燥6h制備納米二氧化硅改性的相變微膠囊。

3 結(jié)語(yǔ)

1）將上述實(shí)驗(yàn)方法制備的微膠囊以20%～50%的比例摻入到石膏中制得相變儲(chǔ)能石膏復(fù)合材料，導(dǎo)熱系數(shù)等主要指標(biāo)可以達(dá)到主流保溫材料的水平，經(jīng)50次循環(huán)實(shí)驗(yàn)，相變焓變化較小。潛力巨大。

圖1 采用相變微膠囊的石膏基相變保溫復(fù)合材料

2）這種相變微膠囊技術(shù)除了應(yīng)用于石膏基復(fù)合材料外，還可以向其他類(lèi)型建筑保溫材料擴(kuò)展，如生產(chǎn)相變保溫砂漿、相變涂料、相變保溫板材等。另外，服裝、電子設(shè)備上也有較好的使用前景，可以進(jìn)一步研究。

鹽城工學(xué)院與總院簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議

2019年6月6日，鹽城工學(xué)院校長(zhǎng)方海林一行訪(fǎng)問(wèn)總院，并與總院簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，集團(tuán)總工程師、總院院長(zhǎng)姚燕熱情接待來(lái)訪(fǎng)并見(jiàn)證簽約。

姚燕對(duì)方海林一行的到訪(fǎng)表示歡迎，并陪同參觀(guān)了光纖面板生產(chǎn)基地、綠色建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)檢集團(tuán)大樓和總院展室，詳細(xì)介紹了總院在科技創(chuàng)新、產(chǎn)研結(jié)合和檢驗(yàn)認(rèn)證等領(lǐng)域取得的成果。方海林對(duì)總院的歷史和成就表示欽佩，對(duì)總院長(zhǎng)期給予鹽城工學(xué)院的關(guān)心和支持表示感謝。她認(rèn)為總院作為推動(dòng)建材行業(yè)科技進(jìn)步的主要引領(lǐng)者、組織者和承擔(dān)者，有效發(fā)揮了行業(yè)示范作用。鹽城工學(xué)院與總院合作，對(duì)推動(dòng)高素質(zhì)人才培養(yǎng)、強(qiáng)化辦學(xué)特色、推進(jìn)科技協(xié)同創(chuàng)新具有重要意義。