双壳微纳胶囊的制备及热湿性能的试验研究

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第18卷第3期 2015年6月 建筑材料学报 

JOURNAL OF BUILDING MATERIALS Vo1.18.NO.3 Jun.,2015 

文章编号:1OO7—9629(2O15)O3—0428-05 

双壳微纳胶囊的制备及热湿性能的试验研究 

尚建丽, 董莉 

(西安建筑科技大学材料与矿资学院,陕西西安710055) 

摘要:以相变材料十八烷(ODE)为芯材,以壳聚糖(CTS)接枝甲基丙烯酸甲酯(MMA)构成外壳, 

以引发剂作用下苯乙烯(St)在外壳内生成的聚合物构成内壳,形成双壳微纳胶囊.采用差示扫描量 

热试验和等温吸、放湿试验分别测试双壳微纳胶囊的储热性能和吸、放湿性能;采用扫描电子显微 

镜、激光粒度分析仪和红外光谱仪对双壳微纳胶囊形貌、粒径以及微观结构进行分析.结果表明: 

双壳微纳胶囊具有较好的储热性能和调湿性能.双壳微纳胶囊颗粒形貌完整度好,胶囊粒径在微 

纳米范围.双壳微纳胶囊组分中含有外壳接枝成分壳聚糖和甲基丙烯酸甲酯. 

关键词:相变材料;双壳微纳胶囊;细乳液界面聚合法;壳聚糖;吸、放湿性能 

中图分类号:TB34 文献标志码:A doi:10.3969/].issn.1007—9629.2015.03.012 

Preparation of Double。-Shell Micronano。。capsule and 

Its Thermal and Moisture Performance 

sHANG Jianli D0NG Li 

(College of Materials 8L Mineral Resources,Xi’an University of Architecture and Technology,Xi’an 710055,China) 

Abstract:By using the phase change material octadecyl(ODE)as the core material,chitosan(CTS)grafted 

methyl methacrylate(MMA)as the outer shell,polymer synthesized by styrene(St)under the effect of ini- 

tiator as the inside shell,the double-shell micronano—capsule was formed.The properties Of heat storage 

and moisture absorption and desorption of the double——shell micronano-*capsule were investigated via differ-- 

ential scanning calorimetry and isothermal moisture absorption—desorption tests.The morphology,particle 

size and microcosmic structure of the double——shell micronano。‘capsule were characterized by scanning elec—— 

tron microscopy(SEM),laser particle size analyzer,infrared microscopy,respectively.The results show 

that the double—shell micronano—capsule has a good heat storage and humidity—controlled performance.The 

double—shell micronano~capsule particles are morphologically well formed,particle sizes of the capsule are 

within micronano scale.There are the grafted components which iS chitosan and methyl methacrylate 

(MMA)in double—shell micronano—capsule. 

Key words:phase change material;double—shell micronano—capsule;miniemulsion interfacial polymeriza— 

tion;chitosan;moisture absorption and desorption performance 

固一液相变材料作为一种可以通过相态转变来 

自动存储和释放能量的材料受到了人们广泛关注. 

但是,固一液相变材料发生相变时,存在泄漏、体积膨 

胀、体积不稳定以及传热性能差等缺陷 ,为此人 

们将相变材料胶囊化.当胶囊粒径为微米或纳米级 时,不仅可以增加胶囊的比表面积以及传热面积,而 

且还可提高胶囊的储、放热速率,从而扩展了相变材 

料的应用范围哪.近年来,许多学者对相变材料微胶 

囊的储热性能开展了大量研究 引,然而对其在进行 

热量传递的同时又具有吸、放湿作用的研究却很 

收稿13期:2013~1l一08}修订13期;2014—02—10 

基金项目:国家自然科学基金面上项目(51172176);陕西省科技统筹创新工程计划项目(2013KTCL03—17) 

第一作者:尚建丽(1957一),女,河南滑县人,西安建筑科技大学教授,博士生导师,博士.E-mail:shangjianli

@xauat.edu.an 第3期 尚建丽,等:双壳微纳胶囊的制备及热湿性能的试验研究 429 

少[6].本文从节能建筑对居住舒适性要求出发,考虑 

人体对室内温、湿度的生理要求,采用具有吸、放湿 

特性的高分子材料和具有储热性能的相变材料制备 

双壳微纳胶囊,然后对双壳微纳胶囊的储热性能和 

吸、放湿性能进行试验研究,以为传统建筑墙体材料 

多功能化提供可靠依据. 

1 试验 

1.1主要原料 

十八烷(C 。H。 ):分析纯,天津市光复精细化工 

研究所;苯乙烯(St):分析纯,天津市福晨化学试剂 

厂;甲基丙烯酸甲酯(MMA):分析纯,天津市科密 

欧化学试剂有限公司;壳聚糖:水溶性,脱乙酰度 

≥85 ,上海贸易有限公司;二乙烯基苯(交联剂): 

分析纯,纯度(质量分数)80%,成都格雷西亚化学技 

术有限公司;十六烷(C H。 ):分析纯,天津市福晨 

化学试剂厂;十二烷基硫酸钠(SDS,乳化剂):分析 

纯,天津市福晨化学试剂厂;偶氮二异丁腈(AIBN, 

引发剂):化学纯,上海山浦化工有限公司;四乙烯五 

胺(TEPA):分析纯,天津市科密欧化学试剂开发中 

心;水:去离子水. 

1.2双壳微纳胶囊的制备 

采用细乳液界面聚合法[ ]制备壳核比(质量比) 

为1:1的双壳微纳胶囊:在i00.0 g去离子水中掺 

入3 9/6(质量分数)乳化剂(SDS),然后将其倒入烧瓶 

中,搅拌10 rain得到水相液.将由5.0 g苯乙烯、 

4.0 g甲基丙烯酸甲酯、0.5 g十六烷、5.0 g十八烷、 

0.2 g偶氮二异丁腈及少量二乙烯基苯混合组成的 

油相液加入到水相液中,然后在4O℃的水浴中以 

500 r/rain搅拌速度搅拌5 rain,使之预乳化.将预乳 化液用超声波分散5 rain,使其成为均匀相细乳液. 

将细乳液移到装有回流冷凝管、机械搅拌棒及温度 

计的500 mL四口烧瓶中,然后在50O r/rain的搅拌 

速度下由滴液漏斗缓慢滴加适量的含1 (质量分 

数)乙酸的壳聚糖水溶液和四乙烯五胺,滴加完毕后 

在4O℃下反应4 h,然后升温至80℃,继续反应4 

h,得到胶囊乳液.将胶囊乳液进行减压抽滤,得到 

滤饼.将滤饼用100 mL浓度为25 0A(质量分数)的 

乙醇溶液洗涤一次,再用热水洗涤2次.将洗涤后 

的滤饼真空干燥,即得到双壳微纳胶囊粉末样品. 

为了更好地进行对比分析,本文采用细乳液聚 

合法同时制备了单壳微纳胶囊,即在水相液和油相 

液混合均匀成为细乳液后,将细乳液移入500 mL 

的四口烧瓶中,然后直接在8O℃恒温水浴中反应 

8 h.反应完毕后自然冷却至室温,即得到胶囊乳液. 

将胶囊乳液用含2 (质量分数)氯化钙的乙醇溶液 

破乳,然后进行减压抽滤,得到滤饼.将滤饼用50 9/6 

(质量分数)的乙醇溶液洗涤3次,再用蒸馏水洗涤 

3次,最后在4O℃烘箱中干燥,即得到单壳微纳胶 

囊粉末样品. 

2性能测试及分析 

2.1双壳微纳胶囊的储热性能 

采用DSC QlOOOV9.o型热分析仪(N2气氛,测 

温范围--20 ̄60℃,升温和降温速率均为10℃/rain) 

对双壳微纳胶囊的储热性能进行分析.为了更好地 

显示双壳微纳胶囊试样的储热性能特点,选取了单 

壳微纳胶囊、胶囊芯材(十八烷,相变材料)作为对比 

试样.各试样的DSC曲线见图1. 

Temperature/'C Temperature/ ̄ 

(a)Double-shell micronano-capsule 【b)Single-shell micronano-capsule 

图1各试样的DSC曲线 Fig.1 DSC curves of different samples 

由图1可以看出:(1)3个试样的熔化峰基本相 

似,说明无论是单壳还是双壳的包覆对胶囊芯材十八 

烷的储热性质没有影响;(2)双壳微纳胶囊相变温度 

(30.01℃)和相变潜热(67.77 J/g)略高于单壳微纳 喜 

专 

雹 

Temperature/'C 

(c)Octadecyl core 

胶囊相变温度(27.20℃)和相变潜热(57.29 J/g),说 

明其具有较好的储热性能. 

双壳微纳胶囊中的外壳虽然没有过多地影响微 

纳胶囊芯材的储热性能,但亲水性的外壳在受热融