改性三聚氰胺—甲醛树脂微胶囊的制备与表征

改性三聚氰胺—甲醛树脂微胶囊的制备与表征

论文摘要

随着全球工业的持续发展,能源问题日趋突出,而相变材料作为一种储能载体,可以有效地提高能源的利用率,并缓解能源紧张这一难题。本研究以三聚氰胺-甲醛树脂为壁材、十二醇为芯材,采用原位聚合法来制备相变储能微胶囊,并利用FT-IR、SEM、TG和DSC等手段,分别对所制得微胶囊的表面形态、结构及热性能进行表征。针对目前在实际应用中的相变储能微胶囊普遍存在的稳定性和储能性较差的问题,分析反应条件对相变材料微胶囊化过程的影响,以找到控制微胶囊储能和稳定性的关键要素。通过对乳化过程控制体系的关键因素进行分析,得到当OP-10作为乳化剂,苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)为分散剂,芯壁比为3:1,乳化速率为4000 rmp的情况下,乳化条件最佳,所制得的微胶囊粘结现象较少减少,表面光滑且形态完整。采用响应面法分析三聚氰胺-甲醛预聚条件之间的相关性,得出预聚时间和温度与粘度大小呈正相关,pH值为负相关。粘度过大,交联现象严重,易造成造成壁材之间的聚集及粘结,壁材强度降低;而预聚体粘度过小,预聚反应不完成,微胶囊化时缩聚反应有杂物生成,且残留甲醛含量较高。预聚条件在温度为72.5℃,反应时间75 min和pH值8.5情况下,预聚体粘度最佳,所得微胶囊内表面形态完整、分散性好且甲醛含量低。通过对所制备的微胶囊FT-IR红外谱图和DSC分析,可得知三聚氰胺-甲醛树脂包覆上了芯材十二醇,包覆率在70.47%左右;而通过TG分析可看出,相变材料十二醇的微胶囊化可使其热稳定性得到提高。针对三聚氰胺-甲醛树脂因其独特的三嗪环结构存在的韧性差、脆性高的特性,本课题利用聚乙二醇、聚乙烯醇和间苯二酚分别对树脂进行化学改性。采用TG测定微胶囊热失重温度得到囊壁破裂时的温度,利用受压法观察微胶囊受力后的形貌可知,密胺树脂改性后,微胶囊的热稳定性和壁材强度有了很大提高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 相变材料
  • 1.3 微胶囊技术
  • 1.3.1 微胶囊的芯材与壁材
  • 1.3.2 微胶囊的制备方法
  • 1.4 相变储能微胶囊的研究进展
  • 1.4.1 基础性研究
  • 1.4.2 应用性研究
  • 1.4.3 存在问题
  • 1.5 本课题的研究内容和实验设计
  • 1.5.1 研究内容
  • 1.5.2 技术方案路线
  • 1.6 论文创新点
  • 参考文献
  • 第二章 芯材的乳化
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 实验原理
  • 2.2.2 实验原料与仪器
  • 2.2.3 芯材的乳化
  • 2.3 分析测试手段
  • 2.3.1 红外光谱FT-IR表征
  • 2.3.2 表面形态SEM的表征
  • 2.3.3 粒径分布的表征
  • 2.4 结果与讨论
  • 2.4.1 不同芯壁比对于微胶囊表面形态的影响
  • 2.4.2 不同乳化速率对微胶囊粒径分布的影响
  • 2.4.3 不同乳化剂对微胶囊表面形态的影响
  • 2.4.4 乳化过程中分散剂的选择
  • 2.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 三聚氰胺-甲醛树脂的预聚
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 实验原理
  • 3.2.2 实验原料与仪器
  • 3.2.3 试验设计
  • 3.2.4 预聚体的制备
  • 3.2.5 微胶囊残留甲醛含量的测定
  • 3.3 分析测试手段
  • 3.3.1 预聚体粘度的测定
  • 3.3.2 红外光谱FT-IR表征
  • 3.3.3 表面形态SEM的表征
  • 3.4 结果与讨论
  • 3.4.1 预聚条件对预聚体粘度的影响
  • 3.4.2 预聚物红外谱图分析
  • 3.4.3 不同预聚体粘度对微胶囊表面形态的影响
  • 3.4.4 不同预聚体所制备微胶囊中残留甲醛含量的测定
  • 3.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 三聚氰胺-甲醛树脂微胶囊的制备
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 实验原理
  • 4.2.2 实验材料与仪器
  • 4.2.3 相变材料微胶囊的制备
  • 4.3 分析测试手段
  • 4.3.1 FT-IR红外光谱表征
  • 4.3.2 热力学DSC分析表征
  • 4.3.3 热重TG分析表征
  • 4.3.4 微胶囊包覆率的测定
  • 4.4 结果与讨论
  • 4.4.1 红外谱图FT-IR分析
  • 4.4.2 DSC分析
  • 4.4.3 热性质TG分析
  • 4.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 改性三聚氰胺-甲醛树脂微胶囊的制备
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 实验原理
  • 5.2.2 实验原料与仪器
  • 5.2.3 改性三聚氰胺-甲醛树脂微胶囊的制备
  • 5.3 分析测试手段
  • 5.3.1 表面形态SEM的表征
  • 5.3.2 热重TG分析表征
  • 5.4 结果与讨论
  • 5.4.1 微胶囊的热性能TG分析
  • 5.4.2 加压微胶囊的表面形态分析
  • 5.5 本章小结
  • 参考文献
  • 结论
  • 攻读学位期间的学术成果
  • 致谢
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