网状结构聚脲/聚氨酯微胶囊相变材料的制备及应用研究

作     者：辛成 

作者单位：西安工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陆少锋

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：相变材料 微胶囊 聚脲 聚氨酯 网状 

摘      要：本文针对传统聚脲壳体微胶囊相变材料热稳定性和致密性较差的问题,一方面在油相反应体系中加入了单体聚丙二醇2000(PPG 2000)制备了一种聚脲/聚氨酯复合壳体微胶囊相变材料;另一方面,采用含有三个官能度的三乙醇胺(TEA)对上述复合壳体微胶囊进行改性制备了具有网状交联结构囊壁的微胶囊相变材料。通过以上两种途径,使所制备的微胶囊相变材料具有优良的热稳定性和致密性。首先,以苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐(SMAS)为乳化分散剂,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)分别与二乙烯三胺(DETA)和PPG 2000反应,制备了具有聚脲/聚氨酯复合壳体的微胶囊相变材料。优化了乳化工艺,并探究了反应工艺、芯材用量和单体用量对微胶囊表面形貌(SEM)、红外结构(FTIR)、相变性能(DSC)、热稳定性和致密性的影响。发现所制备的聚脲/聚氨酯复合壳体微胶囊相对于单一的聚脲壳体微胶囊具有良好的热稳定性和致密性。当乳化剂用量为1.5 g,乳化转速和时间分别为8000 rpm和10 min时,乳化粒径分布范围较窄,乳液颗粒之间无团聚现象。采用逐步分段升温的工艺制备微胶囊,单体IPDI反应完全,微胶囊壳体不易发生破裂。在探究反应单体用量对微胶囊性能的影响时,发现加入PPG 2000后,聚脲微胶囊表面凹陷程度减小,随着PPG 2000用量的增大,微胶囊的热稳定性和致密性逐渐提高,PPG 2000为2.0 g时微胶囊的热稳定性和致密性最佳。反应过程中随着DETA用量的增大,微胶囊破损数量逐渐减小,当DETA用量为3.0 g时,所制备的微胶囊几乎无破损。制备完成后微胶囊中芯材含量超过80%,熔融温度和结晶温度分别为20.90℃和17.16℃,热焓在849 J·g范围内,储热性能良好。其次,采用含有三个伯羟基的TEA对上述制备的聚脲/聚氨酯复合壳体进行改性,制备出具有网状结构的聚脲/聚氨酯复合壳体微胶囊相变材料。探究了TEA加入方式、TEA和DETA用量对微胶囊性能的影响。发现TEA改性后形成的具有网状结构聚脲/聚氨酯复合壳体的热稳定性和致密性优于TEA未改性的聚脲/聚氨酯线性壳体。当TEA与DETA在反应初期一同加入反应体系中时,壳体的稳定性和致密性相对较好,如果TEA在反应过程中或后期加入时,壳体的稳定性和致密性相对较差,高温处理后破损严重。在探究单体用量对微胶囊性能的影响时,发现当DETA用量为2.0 g时,随着TEA用量增大,壳体的热稳定性和致密性逐渐提高,TEA用量增加到3.3 g时,120℃持续焙烘6 h后,质量损失率最低仅为4.97%,相同条件下,较TEA未改性制得的聚脲/聚氨酯线性壳体微胶囊,质量损失率降低了7.99%。最后,将所制得的网状结构聚脲/聚氨酯微胶囊相变材料与市售微胶囊相变材料的性能进行了对比分析。采用涂层整理的方式将所制备微胶囊整理到纯棉织物中制备了具有调温性能的智能调温织物,对其整理工艺进行了优化。采用红外热成像仪和温度记录仪对调温织物的实际控温性能进行了研究。研究表明本文所制得的微胶囊表面轮廓清晰,壳体之间粘连较小、热稳定性和致密性较市售相变微胶囊有很大提高。微胶囊用量和粘合剂用量对调温织物的性能有较大影响,微胶囊用量越高,调温织物的手感和耐洗性下降,粘合剂用量越高有利于织物耐洗性的提高,但会使织物的手感下降。调温织物在外界环境温度改变时织物表面的温度变化速率明显减缓,表明具有良好的温度调控功能。图46幅,表8个,参考文献87篇