基于Pickering乳液稳定粒子表面引发ATRP技术的微胶囊相变材料的构建

以聚合物/无机粒子杂化材料为囊壳的微胶囊相变材料兼具无机物导热性好和聚合物韧性好的优点，但无机粒子在囊壳中的高效固定问题亟待解决。本项目首先用原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂表面改性无机粒子，并以此粒子为稳定剂，相变介质为分散相，构建Pickering乳液；然后向乳液中加入单体和催化剂，在稳定粒子表面引发ATRP聚合，原位生成聚合物链，并借助交联剂进行链交联，将无机粒子通过化学键固定在囊壳中，构建杂化囊壳型微胶囊相变材料；最后开展其温度控制应用和载热流体应用研究。项目旨在探索一种新颖的微胶囊相变材料构建方法，揭示Pickering乳液稳定粒子表面ATRP聚合的规律，探明微胶囊制备条件-胶囊结构-相变性能之间的关系。研究不仅对微胶囊相变材料的研发具有指导作用，而且对无机粒子表面功能化、Pickering乳液法微球制备、表面引发ATRP聚合等的基本理论和实验技术的发展与创新也具有重要意义。

胶体粒子稳定的Pickering乳液具有稳定性好、可实施反应种类多样等优点，在有机/无机杂化功能性微粒的构建方面具有重大应用前景。为解决胶体粒子在微胶囊囊壳中的高效固定问题，本项目在Pickering乳液中实施表面引发ATRP聚合，构建了微胶囊相变材料。项目按照计划书的要求，取得如下主要研究进展和成果：. (1)开展了纳米粒子表面ATRP功能化改性研究，实现了多种纳米粒子表面特性的调节，探明了各种实验条件对Pickering乳液稳定性及乳液特性之间的关系规律，成功实现了不同体系乳液稳定性的调控。提出了一种纳米粒子油水接触角的测定方法，推导并验证了一种Pickering乳液液滴表面纳米粒子覆盖率的计算模型。. (2)研究了Pickering乳液在自由基聚合温度条件下的特性及自由基聚合反应过程中的单体迁移规律、固体粒子膜特性和聚合物相分离规律。通过4种不同的界面引发聚合技术制备了有机无机杂化囊壳型微胶囊，揭示了各种方法制备微胶囊相变材料的聚合反应条件-产物特性-使用性能之间的关系规律。. (3)研究形成了一套表面引发自由基聚合研究的相关实验方法，系统研究了各种实验条件对聚合过程相关参数的影响特性，揭示了采用Pickering乳液稳定粒子表面引发聚合制备微胶囊过程中的相关规律。研究形成的方法和揭示的规律不仅对微胶囊相变材料的研发具有指导作用，而且对无机粒子表面功能化、Pickering乳液法微球制备、表面引发ATRP聚合等的基本理论和实验技术的发展与创新也具有重要意义。. 研究开启了利用Pickering乳液稳定粒子表面引发ATRP聚合构建微胶囊相变材料这一新途径，形成了一套微胶囊构建方法，揭示了构建过程的相关规律，可用于指导微胶囊相变材料的应用研究，达到了预期研究目标。基于研究工作在Energy、Journal of Industrial and Engineering Chemistry等国际重要学术刊物上发表SCI收录论文15篇(包括ESI高被引论文1篇，SCI Top期刊论文1篇，2区论文2篇），培养博士研究生2人，硕士研究生4名。