相变材料微胶囊的制备及其在UV固化聚氨酯丙烯酸酯(PUA)涂料中的应用

摘要

跟传统的溶剂型涂料相比，紫外光(UV)固化涂料不仅能降低易挥发性有机物(VOC)的排放，还能提高生产效率、降低能耗。聚氨酯丙烯酸酯(PUA)是一种常见的UV固化基体树脂。在能源危机愈发严重的今天，能量的存储显得尤为重要，这也对UV固化涂料的储能性能提出了更高的要求。相变材料可以在其相变过程中吸收或释放大量的能量，在储能领域得到了广泛的研究和应用。利用微胶囊技术将相变材料进行封装制得相变材料微胶囊，不但可以有效解决相变材料在使用中的泄漏问题，还可以增加传热面积、控制相变材料在相变过程中的体积变化等。本文拟以相变材料为芯材，采用聚合法制备相变材料微胶囊，并将其添加到UV固化PUA涂料中，以得到具有相变储能功能的涂料。
　　本论文选用石蜡作为相变材料，并以其为芯材，分别采用原位聚合法和界面聚合法制备了以三聚氰胺-甲醛(MF)树脂和聚脲(polyurea)树脂为壳材的相变材料微胶囊。采用激光粒度仪、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、热重分析仪等研究了乳化剂类型和用量、乳化转速和时间、芯壁比等对相变材料微胶囊粒径、表面形貌、包覆效率、热性能和热稳定性等的影响。研究表明，MF树脂包覆的相变材料微胶囊的平均粒径和粒径分布宽度均随乳化转速的提高和乳化时间的延长而减小。乳化剂用量影响MF树脂包覆的相交材料微胶囊的粒径和表面形貌。当乳化剂用量过少时，制得的微胶囊表面有缺陷，且粒径分布不均;当乳化剂用量过多时，微胶囊表面粗糙。芯壁比对MF树脂包覆的相变材料微胶囊的表面形貌和热性能有显著影响。芯壁比过大时，壳材不能完整地包覆于芯材表面;芯壁比过小时，微胶囊表面粗糙，芯壁比以75/25为佳。聚脲树脂包覆的相变材料微胶囊的粒径及分布受乳化转速、乳化时间和乳化剂用量的影响。随乳化转速的提高、乳化时间的延长及乳化剂用量的增加，微胶囊的平均粒径减小，粒径分布变窄。乳化剂用量和微胶囊芯壁比影响聚脲树脂包覆的相变材料微胶囊的表面形貌。当乳化剂用量过少时，微胶囊包覆不完整，表面有缺陷。当芯壁比过大时，微胶囊表面出现破损，壳材不能很好地包覆芯材。微胶囊芯壁比对聚脲树脂包覆的相变材料微胶囊的热性能有显著影响。微胶囊芯壁比过大时，芯材易泄漏，包覆效率下降。微胶囊芯壁比为75/25时，微胶囊具有较高的包覆效率和良好的热性能。
　　将相变材料微胶囊加入到UV固化PUA涂料中，制得具有相变储能功能的UV固化PUA涂料。采用光学显微镜观察微胶囊在涂料中的分布情况，发现在一定添加量内，相变材料微胶囊可以均匀地分散在PUA涂料中。将PUA涂料固化成膜后，用自制模型对其热性能进行研究，结果表明涂层具有良好的保温储能功能，可应用于建筑保温等领域。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

第2章 文献综述

2．1 紫外光(UV)固化涂料

2．1．1 UV固化技术

2．1．2 UV固化涂料的组成

2．1．3 UV固化聚氨酯丙烯酸酯(PUA)涂料的研究进展

2．2 相交材料

2．2．1 相交材料的定义及选择条件

2．2．2 相交材料的分类

2．2．3 相变材料的封装

2．3 相变材料微胶囊

2．3．1 相交材料微胶囊的定义

2．3．2 相交材料微胶囊的制备方法

2．3．3 相交材料徽胶囊的应用

第3章 MF树脂包覆的相变材料微胶囊的制备

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 原位聚合法制备MF壳材相交材料徼胶囊

3．2．3 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 SMA种类对乳液稳定性的影响

3．3．2 乳化转速与乳化时间对微胶囊粒径的影响

3．3．3 乳化剂用量对微胶囊尺寸及形貌的影响

3．3．4 芯壁比对微胶囊表面形貌及热性能的影响

3．4 本章小结

第4章 聚脲树脂包覆的相变材料微胶囊的制备

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与仪器

4．2．2 界面聚合法制备以聚脲为壳材的相变材料微胶囊

4．2．3 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 相交材料微胶囊的结构表征

4．3．2 相交材料微胶囊的热稳定性

4．3．3 相变材料微胶囊的粒径及分布

4．3．4 相变材料微胶囊的表面形貌

4．3．5 相交材料微胶囊的热性能

4．4 本章小结

第5章 UV固化聚氨酯丙烯酸酯保温涂料的制备及性能

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 试剂与仪器

5．2．2 保温涂层的制备

5．2．3 测试与表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 涂料的UV固化

5．3．2 相交材料微胶囊在PUA涂料中的分散

5．3．3 含相变材料微胶囊涂层的保温储能性能

5．3．4 石蜡与UV固化涂料混合制备的涂层的保温储能性能

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间的科研成果及奖励