建筑用相變微膠囊配置方法研究

沈霽 鄭同鑫 祁國昌 白浩 楊東霞 馬秀花 鄧建強 金小春

（甘肅能源化工職業(yè)學院，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，由固-液相變材料相變時體積膨脹率較小、儲熱能力較強，常見的固-液相變材料有石蠟類、聚乙二醇、結晶水合鹽、共晶水合鹽、脂肪酸類等。囊壁一般為高分子聚合物，常選擇的有聚脲、脲醛樹脂、聚酰胺、三聚氰胺-甲醛樹脂或是它們的復合體系。但是其在使用過程中由于相轉變，相變材料會有一定的流失，其使用壽命受到一些限制，所以如何制成具有穩(wěn)定核殼結構是相變微膠囊制作的難點。

本文介紹一種，通過反復實驗檢驗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+雙層壁材的結構，其中：內層囊壁為三聚氰胺相變改性脲醛樹脂材料，外層囊壁為二氧化硅。芯材采用石墨對芯材導熱改性。同時對微膠囊表面改性，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 囊壁的預聚合

準備183克37%的甲醛水溶液和90克尿素混合倒入反應釜中，開始攪拌。

滴加三乙醇胺調節(jié)PH到8，調節(jié)溫度到50℃，攪拌一小時。攪拌反應過程期間，30min時加入質量分數為10%的三聚氰胺27.3克。1小時的保溫攪拌后，加入850g去離子水，形成穩(wěn)定的預聚體溶液備用。

2.2 改性石蠟芯材的制作

準備200克石蠟和1.6克400目石墨，加入到反應釜中。調節(jié)溫度到50℃，恒溫攪拌30min，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，調節(jié)轉速300r/min，保持攪拌45min。

2.3 內層壁囊包裹

調節(jié)轉速到240r/min，溫度保持在50℃。調酸PH為6，滴加預聚體溶液到乳狀液中。在55℃條件下恒溫反應，充分攪拌，每20分鐘滴加酸一次，逐步調節(jié)到PH到2。PH值達到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1小時，之后升溫到70℃保溫反應2小時。用三乙醇胺調節(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、硅烷偶聯劑KH-570：194g、無水乙醇EtOH：12.5g，用10%檸檬酸調節(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行下一步反應）。

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，機械攪拌1h，對所得微膠囊乳濁液在75℃條件下機械攪拌，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 結語

1）將上述實驗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能石膏復合材料，導熱系數等主要指標可以達到主流保溫材料的水平，經50次循環(huán)實驗，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合材料

2）這種相變微膠囊技術除了應用于石膏基復合材料外，還可以向其他類型建筑保溫材料擴展，如生產相變保溫砂漿、相變涂料、相變保溫板材等。另外，服裝、電子設備上也有較好的使用前景，可以進一步研究。

鹽城工學院與總院簽署戰(zhàn)略合作協議

2019年6月6日，鹽城工學院校長方海林一行訪問總院，并與總院簽訂戰(zhàn)略合作協議，集團總工程師、總院院長姚燕熱情接待來訪并見證簽約。

姚燕對方海林一行的到訪表示歡迎，并陪同參觀了光纖面板生產基地、綠色建筑材料國家重點實驗室、國檢集團大樓和總院展室，詳細介紹了總院在科技創(chuàng)新、產研結合和檢驗認證等領域取得的成果。方海林對總院的歷史和成就表示欽佩，對總院長期給予鹽城工學院的關心和支持表示感謝。她認為總院作為推動建材行業(yè)科技進步的主要引領者、組織者和承擔者，有效發(fā)揮了行業(yè)示范作用。鹽城工學院與總院合作，對推動高素質人才培養(yǎng)、強化辦學特色、推進科技協同創(chuàng)新具有重要意義。