原位聚合法制备相变微胶囊引言相变材料(PCM，phasechangematerial)在相变过程中能够储存或者释放大量热量，可用于热能储存和温度调控。相变材料的应用主要可以分为两个方向：一是利用其相变时的潜热，把它与传热流体混合，提高传热流体的热容，用于热量传输、冷却剂等；二是利用其相变温控特性，将其应用于纺织品[1]、建筑物、军事目标等，提高热防护性或者调节温度。例如将相变材料加入到建筑材料中制成储能建材，利用太阳能和季节温差能等再生能源,可以降低建筑物室内温度波动,有效利用低峰电力削峰填谷,降低能源支出，提供健康舒适的室内环境[2]；如果将相变微胶囊悬浮在液体介质中,形成一种二元潜热型悬浮液，将这种具有大热容的二元潜热型悬浮液作为电子设备的冷却液，能够提供10～40倍于一般流体的等效热容，在相同冷却功率的要求下，冷却系统所需的泵功耗、冷却液流速及热沉体积均可大幅减小。本实验以硬脂酸丁酯为相变材料，蜜胺树脂为壁材，通过原位聚合法制备相变储能微胶囊，采用光学显微镜、红外光谱等表征微胶囊的表面形态和结构特征，采用DSC测定其热性能。本研究性实验着重于制备工艺的优化，以改善相变微胶囊的储热性能。通过本实验，了解了微胶囊的制备方法，理解并掌握原位聚合法制备微胶囊的实验原理和实验技术，探索制备条件对微胶囊结构与性能的影响，并尽可能优化制备工艺。1.实验方法1.1仪器与试剂三聚氰胺，37%甲醛，三乙醇胺，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，十六烷基三甲基溴化铵，司班80，盐酸，柠檬酸，氯化铵，硬脂酸丁酯（芯材）；匀质机（乳化搅拌机），电动搅拌机（数显可控搅拌仪），超声波振荡仪（一台），光学显微镜。1.2微胶囊的制备（1）MF预聚体的制备在三口烧瓶中,以2：1摩尔比混合甲醛（4mL，37%）和三聚氰胺(2.30g),20mL水，在70℃下充分溶解，用三乙醇胺调节pH值到9.0左右，在68℃下搅拌反应至三聚氰胺完全透明后，继续搅拌反应10分钟,得到MF预聚体水溶液，将此溶液倒入锥形瓶中室温放置。（2）PCM乳液的制备将5.00g芯材（硬脂酸丁酯）加入到150mL0.8%的十二烷基硫酸钠水溶液中（乳化剂），用乳化均质机在2500rpm速度下乳化10min（同时显微镜监测分散情况），得到O/W型稳定乳液，用柠檬酸调节乳液的pH值为3。乳化条件选择：0.8%的十二烷基硫酸钠水溶液，乳化10min；酸性调节选择：柠檬酸水溶液；芯/壁比例选择（质量比）：（a）硬脂酸丁酯/MF预聚体=2.5:1；（b）硬脂酸丁酯/MF预聚体=2:1；（c）硬脂酸丁酯/MF预聚体=1.5:1（3）相变微胶囊的制备将上述PCM乳液倒入三口瓶中，在70℃水浴加热，电动搅拌下，分三组实验分别称量2.00g，2.50g，3.33gMF预聚体溶液缓慢滴加到上述PCM乳液中（大约6~7分钟滴加完毕），在此温度下继续搅拌反应，同时监测溶液的pH值变化情况，半小时后将溶液pH值调到5~6左右，1小时后调pH值到3~4左右，并且每半小时取样监测微胶囊的成型情况（吸取一滴乳液至玻璃板上，用光学显微镜观察），总计反应时间大约2小时后，得到固化的微胶囊。减压抽滤，用乙醇溶液洗涤2次，在80℃条件下干燥半小时,得到相变储能微胶囊样品，称重。1.3材料表征（1）载药量和包封率是衡量微胶囊制备中的两个重要指标，本实验中采用物理破碎清洗芯材的方法进行测试：取5克干燥后的微胶囊样品用玛瑙研钵研碎,用丙酮浸泡，超声清洗30min，使囊芯充分溶解(用锥形瓶，加塞)，过滤、用丙酮洗涤2次、干燥后称量,计算囊芯材所占的比例（即载药量），根据芯材投料量，计算相变微胶囊的包封率。（2）采用光学显微镜观察不同反应阶段微胶囊形貌,监控反应进程,对微胶囊的制备工艺进行分析优化。拍摄微胶囊照片。（3）用红外光谱仪测定囊芯、囊壁和微胶囊的红外光谱，并进行比较分析。（4）采用差示扫描量热仪（DSC）研究囊芯和微胶囊相变材料的热性能,温度范围0～75℃,升温速率10℃/min。2．结果与讨论2.1红外光谱分析图1所示曲线A、B、C分别为壁材(蜜胺树脂)、芯材(硬脂酸丁酯)和微胶囊产品红外光谱图。如图1中C曲线所示,波数在3300cm-1左右出现了宽而强的吸收峰,是由N-H/O-H伸缩振动峰叠加产生的,1560和814cm-1出现的吸收峰是芳环上CN的伸缩振动峰,这些吸收峰正是B曲线显示壁材的特征吸收峰;波数在1400和3000cm-1附近出现的吸收峰为甲基的伸缩振动峰,1059cm-1附近出现的吸收峰是伯醇的伸缩振动峰,而这些吸收峰正是曲线B显示芯材的特征吸收峰。从上述分析说明微胶囊产品中包含了壁材和芯材的物质。图1芯材、壁材和微胶囊的红外谱图Fig1FT2