高热稳定性微胶囊相变材料的界面聚合及智能控温纺织品的开发

The application of microencapsulated phase change materials (MicroPCMs) is one of the effective means to saving energy and increase of the efficiency of energy usage nowadays. MicroPCMs has wide application prospect in the field of building energy saving, aeronautics and astronautics, textile fibers and composite materials. Generally common microencapsulated phase change materials (MicroPCMs) by interfacial polymerization have poor stablity and compactness, in order to improve these performances, the MicroPCMs were prepared though the method of modifying the preparation process and preparing polyurea/polyurethane/epoxy resin three-composition shell microcapsule by interfacial polymerization in this paper. The Object of this investigation is to obtain microcapsules with higher core content, satisfactory stability and compactness to meet the special high functional requirements. And using the prepared MicroPCMs to the textiles by coating finishing to prepare thermo-regulating textiles. At present, seldom reports on three-layers shell MicroPCMs were found, the method of preparing three-composition shell MicroPCMs was firstly presented by our research group. So, this research have obvious innovation no matter from the point of industrialized application of polyurea MicroPCMs, or from the point of increase the stability and compactness of prepared MicroPCMs. The research work will focus on the preparation mechanism, will provide an effective way for the preparing of polyurea MicroPCMs, and has great significance to promote the industrial application of polyurea MicroPCMs.

应用微胶囊化相变材料可有效地节约能源和提高能源利用率，在建筑节能、航空航天、功能型纺织品以及复合材料等领域具有广阔的应用前景。本文针对目前采用界面聚合法制备的聚脲微胶囊化相变材料稳定性及致密性差的问题，通过改进微胶囊制备工艺及制备聚脲/聚氨酯/环氧树脂三组分囊壁材料的途径，旨在获得高芯材含量与稳定性及致密性优良的微胶囊化相变材料，满足对微胶囊化相变材料稳定性及致密性要求较高的材料领域的需求。通过将所研制的微胶囊化相变材料应用到纺织品上，制备智能控温纺织品。目前，国内外尚未见三组分囊壁微胶囊化相变材料的研究报道，因此，项目组首次提出的采用多组分囊壁包裹相变材料的方法，从微胶囊稳定性及致密性新方法的研究以及聚脲微胶囊化相变材料的工业化应用角度考虑，所申报项目的研究内容具有鲜明的创新性。研究工作将深入研究其制备机理，将为聚脲微胶囊化相变材料的制备提供一种有效途径。

能量有效利用是当今社会可持续发展中的重要课题。本项目针对目前界面聚合法制备的微胶囊相变材料稳定性和致密性差的问题，通过解决结构设计及合成技术中一系列关键科学问题，按计划完成了聚脲/聚氨酯/环氧树脂三组分壳体包封相变材料的研究开发及相关合成机理的基础研究工作。所取得的技术突破及创新成果如下：（1）以硬脂酸丁酯为芯材，以单体2,4甲苯-二异氰酸酯（TDI）和二乙烯三胺（DETA）聚合形成的聚脲树脂为壁材制备微胶囊相变材料，分析了影响微胶囊制备及性能的因素。首次提出了分两步加入DETA的方法，通过控制DETA滴加速率和降低聚合反应的初始反应速率，制备了稳定性较好的微胶囊相变材料。（2）采用界面聚合法制备了一种新型的聚脲/聚氨酯/环氧树脂三组分囊壁微胶囊相变材料。该多组分囊壁微胶囊具有优良的热稳定性和致密性，耐热温度可达260℃。该研究为采用界面法制备高性能微胶囊相变材料提供了一种新的技术方法，为进一步开发该型微胶囊合成技术提供了科学依据和技术支撑。（3）采用非极性的芯材正十八烷或低黄变IPDI单体制备了多组分囊壁微胶囊相变材料。此外，还探索性地研究了网状结构囊壁微胶囊相变材料的制备技术，均取得了良好的效果。这些探索性研究为高性能微胶囊相变材料的结构设计和合成技术开发提供了科学依据。（4）将所制备的微胶囊应用到纺织品上，制备了一种具有双向调温功能的智能纺织品，此种纺织品不但具有优良的调温性能，而且在使用过程中芯材高度稳定，不泄漏。（5）通过对上述有机高聚物囊壁包封相变材料微胶囊合成机理的基础研究，为微胶囊的结构设计和合成工艺开发提供了理论指导。利用本项目成果所开发的新型相变材料微胶囊，不仅具有形貌规整，壳体完整致密，粒径分布均匀的结构特征，而且显示出囊壁热稳定性高、致密性好、储热性能优良的性能优势。上述研究成果为基于界面聚合法制备高性能微胶囊相变材料提供了重要的科学依据和技术支撑。