1相变材料
能源是人类发展的基础，近年来以化石原料为主的能源供给造成了能源危机和环境污染等问题，并且引起了广泛的关注，因此提高能源的利用效率成为当前迫切解决的问题。相变材料指的是随外界环境温度发生变化，相变材料吸收或者释放能量发生相态转变，并且提供大量潜热的物质。目前相变材料的分类按照相态可以分为固-固、固-液、固-气和气-液，其中固-液相变材料在相变过程中有熔融和结晶两个过程，通过吸收和释放一定的热量，可以实现对能量存储和释放，因此应用最为广泛。相变材料根据物质的化学组成主要分为有机类相变材料和无机类相变材料[1]。有机类相变材料主要是石蜡和脂肪酸类等；无机相变材料主要是无机水合盐和金属类。相变材料根据相变温度不同，分为低温相变材料（低于80 ℃）、中温相变材料（80 ℃~180 ℃）和高温相变材料（180 ℃~2000 ℃）。
2相变微胶囊的简介及其制备方法
微胶囊技术指的是利用无机材料或者高分子材料将相变材料包封形成具有核壳结构的微胶囊，外层的壳材对内层的相变材料起保护作用，提高了相变材料的稳定性和重复利用率。相变微胶囊的制备方法一般分为物理法、化学法和物理化学法[2-3]。物理法主要是核物质交换法和凝聚相分离法等；化学法有原位聚合法、界面聚合法、乳液聚合法等；物理化学法主要有喷雾干燥法和静电吸附法等。总的来说，化学法是目前制备相变微胶囊的主要方法。
2.1原位聚合法
原位聚合法指的是壁材单体和引发剂全部置于芯材相变材料乳化液滴的表面，聚合反应在液滴表面进行，随着单体聚合反应的进行，预聚体逐渐的沉积在芯材表面，将相变材料封装起来。单旭涛[4]等采用原位聚合法，选用石蜡为芯材，三聚氰胺-甲醛为壁材，在高速乳化作用下，制备得到表面光滑，粒径均一的相变微胶囊。汪海平[5]等利用原位聚合法，以正十八烷为芯材，以密胺树脂为壁材，十二烷基苯磺酸钠作为乳化剂，通过高速乳化得到了粒径150μm左右的相变微胶囊。原位聚合法虽然制备的相变微胶囊潜热性能较高和粒径均匀，但是容易出现团聚和粘结现象。
2.2界面聚合法
界面聚合法自上个世纪50年代末由美国杜邦公司发明合成聚酰胺的方法后，被广泛应用于相变微胶囊的制备。界面聚合法主要是将相变材料分散混合在单体连续相中，然后在引发剂的作用下，壁材单体在芯材相变材料表面发生界面反应。界面聚合一般是由两种或多种单体物质，在界面发生缩聚反应，制备得到相变微胶囊。界面聚合主要分为三个过程：（1）将单体、水、相变材料和乳化剂在一定的速度下混合制备得到水包油型或油包水型的液滴，单体物质吸附在相变材料液滴表面；（2）加入引发剂，在一定的条件下单体在相变材料液滴表面聚合；（3）将相变微胶囊从水中或者油中分离。界面聚合法由于是两种或者两种以上单体缩聚制备得到，因此所制备的相变微胶囊壳层更加的稳定和包覆率较高，相变微胶囊的相变潜热性能更好。辛长征[6]等以石蜡为相变材料，OP-10为乳化剂，加入一定量的TDI和环己烷在一定速度下混合均匀，在一定的乳化速度下得到了粒径4μm左右的相变微胶囊。
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2.3乳液聚合法
乳液聚合是指在机械搅拌等外力作用下，相变材料在乳化剂的作用下形成液滴相，再加入一定的单体和引发剂，形成匀质乳液，然后进行聚合反应。乳液聚合法制备过程简单，反应条件易控制，反应残留单体容易清除，但是，反应后残留在微胶囊乳液中的乳化剂难除去，影响乳液产品的质量和性能。目前，随着工艺的进步，乳液聚合法衍生出了很多的制备方法，例如细乳液聚合法、原位乳液聚合法和反相乳液聚合法等。Sude Ma[7]等通过乳液聚合法制备了以石蜡为芯材，甲基丙烯酸甲酯为壁材的微胶囊，得到了相变潜热性能较好的相变微胶囊。
3相变微胶囊的应用
3.1 建筑领域的应用
随着经济的快速发展，人们对建筑节能材料越来越重视，相变微胶囊材料也不断进入各种建筑材料领域。许芳芳[8]采用界面聚合法制备十八烷-二氧化硅相变微胶囊，将微胶囊加入到建筑石膏中，赋予建筑物节能、自调温的性能。
3.2 军事领域的应用
红外探测是根据目标温度不同所导致的辐射差异来对目标进行判断和搜索的，一般来说，目标温度和外界环境温度相差4℃就可以被红外设备探测侦查到。将相变微胶囊、涂料混合均匀后，涂覆在目标表面，就可以降低或者混淆目标的真实的红外辐射特征，使得红外设备侦测不到目标物质，从而降低目标被打击的概率。
3.3纺织领域的应用
自上个世纪80年代美国NASA将相变微胶囊技术应用到纺织品上，制备得到了蓄热调温织物，在世界上引起了广泛的关注。蓄热调温织物是指当外界环境温度发生变化时，纺织品内的相变材料在相转变时吸收和放出一定潜热，在纺织品周围形成微气候，赋予温度调节功能。目前，蓄热调温织物的制备方法主要为纺丝法、中空纤维法和微胶囊法。美国Outlast公司已经研制出包含相变微胶囊的聚丙烯腈纤维，并且应用于纺织领域。纺丝法指的是将相变材料和高聚物配成纺丝液，从喷丝口射出凝固形成丝条，从而得到相变纤维。中空纤维法指的是将相变材料填充到中空纤维中。微胶囊法指的是通过浸渍法或者浸轧等方法将相变微胶囊乳液处理到纺织品上，得到相变调温织物。
4结论
20世纪80年代的能源危机使得相变材料的发展取得了一系列的进展，相变材料是一类有良好的储能功能的材料，利用微胶囊技术将其封装起来，扩宽了其应用范围和提高了能源的使用效率，相变微胶囊正在成为能源领域发展中重要的一个节点。相变微胶囊在建筑领域、军事领域和纺织领域必将有所突破，推动科学技术的快速发展。
参考文献
[1]郑涛杰, 陈志莉, 刘洪涛,等. 低温相变储能材料及其应用[J]. 当代化工, 2017, 46(12):2572-2577.
[2]李祎.石蜡微胶囊的制备及影响因素研究[D].同济大学,2007.
[3]张志岗, 张丽平. 复合芯材相变材料微胶囊的制备及表征[J]. 北京服装学院学报(自然科学版), 2016(2):33-39.
[4]单旭涛, 李世伟, 王菲,等. 原位聚合法制备石蜡微胶囊相变材料[J]. 电子科技, 2011, 24(9):94-96.
[5]汪海平. 乳化条件对正十八烷微胶囊制备的影响[J]. 化学工程师, 2012, 26(10):4-7.
[6]辛长征, 王利娜, 王延伟等. 界面聚合法制备相变微胶囊的乳化效果[J]. 天津工业大学学报, 2010, 29(3):11-14.
论文作者:程益民
论文发表刊物:《中国教工》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/14
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