相变涂料应用研究论文设计

　摘 要近几年来，相变材料受到许多国内外众多相关领域专家的关注，相变材料的出现，不光在建筑畛域遭到注重,在太阳能利用、纺织技术、空调系统、电力系统、建筑节能、军事及农业等相关领域也有不同程度的应用。微胶囊技术是相变材料的最新应用技术，相变微胶囊是由自然或分解的聚合物材料与相变芯材包裹而成的粒子。相变微胶囊由壁和核两部分组成，其中囊核为相变材料。涂料是一种维护和装饰物体表面的材料，在建筑、工农业和交通运输方面都发挥着重要作用。随着科学技术的进步，涂料的使用领域不断扩大，并逐步具有特定的功能，如绝缘涂料、船舶防污涂料、隔热涂料、温控涂料等。相变材料作为一种新型的控温材料，运用越来越普遍，主要应用在节能控温方面，如空调制冷系统房屋装修材料及可控温的集装箱等。本课题将探讨相变材料的其中一种，作为芯材用微胶囊加入到相变涂料中，然后研究其相变涂层的性能。关键词：相变储能，相变材料，微胶囊涂料石蜡.1 前言动力在工业消费和经济发展中起着举足轻重的作用，是鞭策社会提高和改良的物质根底。随着能源危机的始终深化，能源的过度耗费已经成为国际社会所面临的严重问题。能源的耗费使不可再生的能源越来越少，节能已成为各行各业亟待解决的首要问题，因而，节能技术备受关注，相变材料是一种新兴材料，已经逐渐成为全球关注的重点[1] 。目前，相变材料主要运用的是相变潜热，主要用于建筑畛域,化工材料畛域和日用品中。相变材料的遍布使用，必将为节能控温畛域带来难以预计的开展[1] 。1.2 相变材料 1.2.1 相变材料的定义相变材料是种使用相变材料的潜热来储存和释放能量的化学材料，该材料是经过材料自身相态或构造变动，向环境主动吸收或释放潜热，从而到达改动环境温度，节俭动力运用的物质[1] 。1.2.2 相变材料的特点相变材料在各种功能上都有一定的要求。只有满足这些要求，才能将它们称为具有以下特征的相变材料：(1) 热性能:要有适宜的相变温度和潜热。(2) 化学性能:能够在重复的相变过程中坚持性能安定，并且具有良好的可逆性。使用条件安全，不会变质，无毒，无污染。(3) 物理性能:相变时蒸气压低，体积变化小，密度高。(4) 经济性能:材料应该便宜并且容易获得。在理论的使用研讨中，单一的相变材料很难满足各种功能目的的要求。所以，适宜的相变温度和相变潜热是首先要思考的问题，其余的各种影响要素是次要的，在探求新材料的过程中，有必要尽可能多的思索进步材料的热性能或经过与其他材料的复合来提高材料的性能，来提高新材料的使用价值与使用领域。相变材料不是凭空创造的新型材料，它本来就存在于自然界中。已知使用了 500 多种自然和合成相变材料。

　由于相变材料的选择受温度范围和价格等要素的影响，为了到达良好的温度领域，复合相变材料已成为人们的首选[1] 。1.2.3 相变材料的分类已经知道和掌握了许多种相变材料，其分类形式也是多种多样的 [1] :（1）根据材料组成的不同，可以分为：无机相变材料、有机小分子相变材料和聚合物相变材料。无机相变材料:结品水合盐类，熔融盐

　类等:有机小分子相变材料:高级脂肪烃类，脂肪酸或其酯或盐类；醇，酰胺、芳香烃等；高分子相变材料：聚烯烃，聚多元醇，聚烯酸，聚酰胺等。与无机相变材料比较，有机相变材料不易产生相分离和过冷现象，且腐蚀性小，相变温度和焓随碳链的增加而增大。(2)根据相变方式，能够分为固-气相变材料，液-气相变材料、固-固相变材料及固-液相变材料。固-液相变和固-固相变是两种常用的相变材料。在固-气，液-气相变过程中，产生气体，相变材料体积变化大，应用范围窄。固-固相变材料在相变过程中体积变化小，对容器的密封性和强度要求低，但种类少，实际应用产品也少。所以，固-液相变材料在实际应用中最为广泛。(3)按温度范围，可分为低温、中温和高温相变材料。低温相变材料：20℃-200℃，中温相变材料：200℃ -500℃，高温相变材料：500℃ -2300℃。低温相变材料具有温度范围宽，储能密度高，是固-液相变储热的主流材料。1.2.4 相变材料的相变储能机理相变材料是一种具有高相变潜热的绿色循环储能材料，在相变过程中能够吸收或释放大量的能量。从热力学角度剖析，相变材料蓄热的原理可分为两种状况 [2] 。1.2.5 相变材料的研究现状及发展趋势美国 MariaTelker [3]博士对水合无盐 Na 2 SO+10H 2 O 进行了长期研究，并建立了世界上第一个相变材料被动式太阳房，这为对相变材料的研究和应用提供了重要参考。70 年代美国Delaware 大学使用 Na 2 SO 4 10H 2 O 作为相变储能材料，并将其应用于墙体中以降低外墙表面的温度，即使在多云的天气下，PCM 墙也可以使房间更舒适。在 20世纪 90 年代，Feldnan [4-5] 等深入研究了相变材料与混凝土砌块、砖、瓦的结合，在与建筑材料结合的过程中，他认为硬脂酸丁酯、十二烷醇、聚乙二醇可以与较低碱性的燕气压混凝土融合，十二烷醇也可以用于普通混凝土砌块。由闫全英[11-14] 带领的研究团队主要研究石蜡类相变材料，使用 ANSYS 有限元分析软件建立模型，以模拟研究添加石蜡的相变水泥墙和普通水泥墙的传热性能，并与实验测试进行对比分析，显示出模拟结果与实验结果吻合良好，添加相变材料的添加可减少表面温度和温度波动，相变墙体的温度变化比普通墙体更为平缓，具有节能效果。张正国 [15-16] 等人研究了石蜡切片的热性能，将石蜡吸收到膨胀的石墨空隙中以制备石蜡/膨胀石墨的复合相变储热材料，实验结果表明，当石蜡含量为90%时，复合相变材料可以保持特定形态，混合后不产生新物质，相变过程也没有泄露现象出现，膨胀石墨仍保持疏松多孔的蠕虫形态当前相变材料研究的发展趋势 [1] 主要包括：复合储热材料的开发；克服单一相变材料的缺点；根据相变材料的不同应用，采用复合方法和复合技术，开发多种品种复合相变材料；纳米复合材料的不断发展和进步为高性能复合相变材料的制备提供了良好的技术平台；无论是从进步能源使用效率角度，还是从环保节能的角度考虑，相变材料的发展前景虽然极其明亮，但我国在这方面的研究和运用还不够深入。

　微胶囊法在[

　相变涂料中的应用 2.1 相变微胶囊的定义 微胶囊化是指用一种物质(通常是高聚物)封装另一种物质的过程，被包封的物质称为芯材，芯材通常是均匀分散的液体、固体或气体，封闭的材料称为壁材 [56] 。芯材与壁材相结合形成的粒径在 1-1000 pum 之间的微小颗粒称为微胶囊 [17-19] 。不同的芯，壁材料和包裹方法将导致微囊形态和结构的差异，几种常见的微胶囊形式及结构如图 2-1所示[20] 。用于表征微胶囊性能的参数主要包括粒径、胶囊壁厚、胶囊壁渗透性、胶囊壁力学性能及芯材含量[21] 。微胶囊技术在医药、食品和农业等领域的应用已经相对成熟，相变材料微胶囊是一个较新的应用领域。

　 单核多核无定形双壁微胶囊簇复合微胶囊 图 1-1 微胶囊的常见形态及结构 2.2 相变微胶囊的特点 将相变材料微胶囊化后有如下优点 [22-24] :①表面积与体积比增加，为每个相变芯材单元提供了更大的热量传热面积，从而提高了热导率；②相变材料被密封在壁材中，因壁材熔点高于芯材，处理了固-液相变时芯材的渗露问题，方便运输和存储；③壁材能够改变芯材的外观和物化性质，能防止芯材与外界环境直接接触，有助于提高芯材的稳定性；④石蜡类相变材料的化学活性差，在其周围覆盖一层壁材，能够提高与其他材料的粘合牢固性。

　2.3 微胶囊在涂料中的功能 2.3.1

　改变物质的存在状态 将液态物质微胶囊化后，可以得到细粉状的产物，称为拟固体(Pseudo -Solid)。它的宏观性能为固体，但内部仍然为液体，因此能够更好的保持液体的性质，以便在须要时释放出来。另外，若内核为相变材料,尤其是固液相变材料，微胶囊可为其提供稳固的相变空间，保障材料在相变过程中不消散。微胶囊的这种功能在实际中得到了较好的应用，如压敏复写纸和微胶囊相变材料等 [25] 。

　2.3.2 控制释放 在使用过程中需要控制的挥发性物质(如香料)或物质(如药物)可以被封装在微胶囊中以实现缓慢释放。目前，这一功能被广泛应用，例如，微胶囊化香料，并将其混合到织物纤维中，可以长时间保持织物的香味。药物微胶囊化是近年来医药研究领域的一个热点，它是将药物的活性成分进行微胶囊化，以达到长期、安全和靶向的目标。

　2.3.3 保护和隔离 胶囊的外壳可庇护芯材免受环境中的湿气、氧气、紫外线的伤害。另外，所述微胶囊还能够分离活性成分，阻止活性成分之间的反应。

　2.4 相变微胶囊的合成方法 2.4.1 物理机械法 物理机械法包含离心挤出法、喷雾干燥法和流化床法，其

　中喷雾干燥法是运用最普遍的方法。20 世纪 50 年代，喷雾干燥法首先在食品行业中得以应用，随后来在制药行业中使用(20 世纪 70 年代)。该方法的基本步骤如下 [26] :①雾化器将进料溶液或乳液喷成小液滴；②将上述分散相混合并与气流（通常为空气或惰性气体）接触，在一定温度下完全蒸发掉溶剂；③气相携带的固体颗粒被旋风分离器或过滤器分离。在这种方法中，常用的壁材料包括多糖（例如疏水改性淀粉，阿拉伯树胶等）和蛋白质（如大豆蛋白，乳清蛋白等）。喷雾干燥法具有生产工艺简单，产量高的优点，然而难以管制微胶囊的粒径，蒸发溶剂时能耗大。

　2.4.2 物理化学法 物理化学法，即使用物理过程(相分离、加热、冷却)和化学过程(水解、交联、缩聚)相结合来实现微胶囊化的方法，最常用的物理化学法有复凝聚法和溶胶-凝胶法。（1）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法通常用于制备含无机壁材如二氧化硅和二氧化钛的微胶囊。与有机壁材相比，它具有高热导率的优点，因此近几年受到越来越多的关注 [27] 。具体操作步骤如下 [28-29] :首先，通过水解前体化合物来制备溶胶溶液，前体化合物包括四乙氧基硅烷、硅酸钠、甲基三乙氧基硅烷等，制备过程中需保持较低的 pH 值(pH=2-3)以促进水解反应。然后，将硅酸盐溶胶溶液滴加到含相变材料的乳液中，该步骤需在搅拌条件下进行，以便能在芯材液滴的周围形成分散的硅胶壁，防止微胶囊团聚。最后，二氧化硅固体颗粒通过缩合反应在相变芯材液滴的表面上形成二氧化硅壁材，乳液中需保持较高的 pH(9-10)条件以促进缩合反应。（2）复凝聚法也称相分离法，该方法通常用于制备由天然高分子制成的壁材制成的微胶囊。由于天然高分子的强度低，为了获得一定强度的微胶囊，壁材通常选用两种天然高分子的混合物，如琼脂/阿拉伯树胶等。其合成原理为 [30-31] :将两种不同的有机聚合物(一种带正电，一种带负电)溶解分散在芯材液滴的周围，然后降低乳液的温度和 pH 值以引发两相分离，一个相围绕在芯材液滴表面，其胶体浓度高，另一个相是胶体浓度低的水相。富胶体相由于静电吸引而聚结，形成凝聚层，从而在芯材液滴周围形成壳层。然后使用交联剂例如甲醛使微胶囊固化。

　2.4.3 化学法（1）自由基聚合法当用于形成壁材的单体包含不饱和双键时，也称为加成聚合反应，往往采纳该方法合成微胶囊。根据引发剂在水(油)中溶解度的不同，自由基聚合法可进一步分为悬浮聚合法和乳液聚合法 [32] 。当壁材单体和引发剂均不溶于水或几乎不溶于水时，应采纳悬浮聚合法来制备微胶囊。相变材料、壁材单体和引发剂共同构成油相，在表面活性剂(乳化剂)的作用下，油相在水相中均匀分散，并连续机械搅拌以形成乳液。当受热或其他因素刺激时，聚合过程是由引发剂释放的自由基引发的。在悬浮聚合法中，常用的引发剂是过氧化苯甲酰(BPO)和偶氮二异丁腈(AIBN)。当壁材单体不溶或几乎不溶于水且引发剂溶于水时，适宜通过乳液聚合法制备微胶囊。与悬浮聚合法不同的是，油相只含有相变材料和壁材单体，引发剂溶于水相。乳液聚合常用的引发剂有硫酸亚铁、过硫酸铵等 [56] 。（2）界面聚合法当有两种用于制备壁材的单体时，且一种单体可溶于水，另外一种单体不溶于水时，适用于界面聚合法制备微胶囊 [33] 。

　乳化过程中，相变材料和疏水性单体形成油相，而亲水性单体则溶解在水相中。因此，形成壁材的两种反应单体分别位于两种不混溶的介质中，并且在两种介质的交界处形成一层薄膜。随着反应的进行，聚合物膜阻碍了两相单体的接触，从而阻碍了聚合反应的进行。因此，用该法制备的微胶囊的壁厚很小、致密性差。该方法主要用于制备有机壁材，如聚脲、聚氨酯。具体操作步骤如下：首先将异氰酸酯与相变材料混合制成油相，然后将油相倒入水中制备水包油乳液，并将水溶性单体溶于预先将去离子水缓慢加入到乳液中，加热。异氰酸酯和水溶性单体在油-水界面处发生聚合反应，反应一般持续约 2-3h。界面聚合、悬浮聚合、乳液聚合这三者的差异如图 2-4 所示。

　界面聚合悬浮聚合乳液聚合 图 图 2 2- -4 4 三种制备方法的差异 (X 、

　Y Y 为壁材单体， Init 为引发剂) ) （3）原位聚合法该方法主要用于以氨基树脂为壁材制备微胶囊，如 MF 树脂、UF 树脂等，它具有成壁速度快、壁材强度高的优点，且制备工艺成熟，是目前最流行的微胶囊合成方法之一 [34-35] 。

　通过原位聚合法，能够制备出微米级甚至纳米级的微胶囊。制备步骤主要包括:①制备壁材预聚体;②芯材乳化分散;③成壁阶段.也就是说壁材预聚体在高温和酸性环境下缩聚交联，形成聚合物，并沉积在芯材表面，微胶囊的最终性能主要与这三步的工艺参数有关。国内外的研究也集中在这三个步骤的工艺优化来进行。在预聚体的制备阶段，可通过控制预聚单体的组成(三聚氰胺、尿素与甲醛的摩尔比)或在预聚体溶液中加入纳米粒子，可以制备不同性能的微胶囊。黄奕添 [36]等人发现，在壁材预聚体中加入羧基化纳米管，能有效提高微胶囊的热稳定性，导热率，抗压能力和强度。

　十八烷乳化 微胶囊图 图 2 2- -5 5 原位聚合法 在芯材乳化分散阶段，乳化剂种类及用量、油水比、乳化时间及转速等是主要可控的工艺参数。在目前的研究中,阴离子乳化剂(如 SDS、SMA 等)以及非离子乳化剂 [37] (如阿拉伯胶等)是广泛使用的。通过控制这些工艺条件，可制备出不同粒径的微胶囊。Li [18] 等人用脲醛树脂包封十六烷，合成了平均粒径在 270nm左右、潜热为 114.6-143.7J/g 的粒子。并研究了乳化剂对包封过程的影响，结果表明，随着乳化剂用量的增加，微胶囊壁厚变小，粒径也随之减小。在成壁阶段，温度、pH 值、芯壁比及反应时间是主要可管制的工艺参数。温度和 pH 值会影响壁材预聚体的缩聚速度，进而影响微胶囊的表面粗糙度。倪卓、胡拉 [38-39] 等人研究了温度和 pH 值对微胶囊形貌的影响，并总结了成壁机理。相变微胶囊的常用芯材与壁材 2.5.1 相变微胶囊的常用芯材表 2-1

　相变微胶囊的常见芯材

　类别 相变材料 熔点 Tm (℃) 相变焓△H (J/g ) 石蜡 正十八烷 28.4 234 石蜡 Rubitherm -RT21 21 135 石蜡 石蜡 64 189.24 石蜡 正十六烷 20 185 石蜡 正十九烷 32 194.3 石蜡 正十四烷 6 202 石蜡 正十七烷 22.6 216.6 石蜡 正二十烷 36.6 214.2 脂肪酸 棕榈酸 64 208.5 脂肪酸 癸酸 31 190.21 脂肪酸 月桂酸 43 200.18 脂肪酸 肉豆蔻酸 53 201.65 脂肪酸 86%癸酸+14%硬脂酸 26.04 176.68 酯类 硬脂酸丁酯 23 140 酯类 木糖醇 93 248.7 目前运用较多的相变芯材如表 2-1 所示 [40-43] 。通常根据微胶囊的应用领域对相变温度的要求，来选择不同的相变材料作为芯材[44] 。2.5.2 相变微胶囊的常用壁材 相变微胶囊的壁材可分为有机壁材,无机壁材以及由无机物和有机物共同构成的杂化壁材[45] 。大多数壁材是由化学方法合成的有机高分子材料，单体之间通过聚合形成高聚物链，高聚物链可以由一种或多种单体组成。壁材还可以是有多种聚合物构成的共聚物。微胶囊的壁材还可以通过物理法形成，比如喷雾干燥法和复凝聚法。表 2-2 列出了常见的相变微胶囊壁材及制备方法。壁材应满足以下条件[46-48] ：壁材应具备较好的化学稳定性，不与芯材发生化学反应，对芯材的原始性能无影响；壁材熔点应高于芯材，在高温下具有热稳定性，表面形貌光滑，孔隙率小，密封性好，能有效防止芯材泄露壁材具有良好的机械强度和导热率，并能承受 1000 次以上的机械与热循环。

　表 表 2 2- -2 2 相变微胶囊常用壁材及制备方法

　壁材 制备方法 乳化剂 引发剂 交联剂 阿拉伯胶/明胶 复凝聚法 SDS

　戊二醛、甲醛

　喷雾干燥法

　低密度聚乙烯(LDPE)/乙烯醋酸乙烯酯(EVA) 喷雾干燥法

　丙烯腈-苯乙烯共聚物( AS) 相分离法 PVA

　第一章 石蜡作为相变芯材在涂料中的应用 3.1 石蜡 石蜡，又称晶型蜡，是一种白色、无味的蜡状固体，在 47℃-64℃下熔化，密度约为 0.9g/cm 3 ，溶于非极性溶剂，不溶于极性溶剂。纯石蜡具有很好的绝缘性，电阻率为 1013-1017 欧姆·米，比大多数材料高，去除一些塑料。石蜡是一种良好的储热材料，比热容为 2.14–2.9J·g –1 ·K –1 ，熔化热为 200–220J·g –1 。石蜡的相变潜热高、无过冷现象；熔融时，蒸气压低、不易产生化学反应，化学稳定性好；多次吸热、放热后，相变温度和潜热的变化很小；能够自成核，且不会相分离和腐蚀性。

　3.2 石蜡的种类 根据精制程度的不同，可分为全精炼石蜡、半精炼石蜡和粗石蜡 3 种。① 微晶石蜡微晶石蜡由出文链烃、环烷烃和一些直链烃组成，其分子量范围约为 500 -1000。是一种比较细小的晶体，溶于非极性溶剂，不溶于极性溶剂。② 液体石蜡液体石蜡的品种很多，润滑效果也各不相同。热稳定性也较好。但相溶性差，用量过多会导致制品容易变粘。③ 聚乙烯石蜡（ACPE）聚乙烯蜡指分子量为 1500-25000 的低分子量聚乙烯或部分氧化的低分子量聚乙烯。有优良的流动性、电性能和脱模性。④ 半精炼石蜡为颗粒状白色固体，相对密度随熔点的上升而增加。产品化学稳定性好，含油量适中，有良好的防潮和绝缘性能，可塑性好。氯化石蜡氯化石蜡为金黄色或琥珀色粘稠液体，不燃、不爆炸、不易挥发。能溶于大部分有机溶剂，不溶于水和乙醇。氯化石蜡为聚氯乙烯的辅助增塑剂。挥发性低，不燃、无臭、无毒。可取代一部分主增塑剂，降低制品成本，及燃烧性。3.3 石蜡作为相变芯材的优势石蜡是应用最广泛的有机类相变材料，具有种类多、熔点范围广(0-90 ℃)、无相分离、不过冷等特点。然而，在传统的 PCM 储热系统中，当系统释放能量时,石蜡常在热交换器上凝固，由于石蜡的导热系数低，导致传热效率下降。微胶囊化石蜡可以克服以上缺点，它不仅增加了传热面积，而且减少了石蜡与外界环境的反应，并且由于囊壁的包覆，它能承受芯材在相变过程的体积变化。石蜡的熔点和熔解热随分子量的增加而增加。含 1-4 个碳原子的直链烷烃室温下是气体，含 5-16 个碳原子的是液体，含 16 个碳原子以上的是固体。在实际应用中，应根据使用温度的要求选择合适的石蜡。作为相变材料微胶囊的芯材，以往的研究大多集中在室温下的液体石蜡，对固体石蜡研究较少。然而在太阳能利用和部分蓄热回收领域，为了满足温度要求，通常需要高熔点的固体石蜡 [49] 。

　由于用于蓄能的石蜡是各种碳氢化合物的混合物，其熔点是一个温度区间而不是一个固定的温度，因此很难确定其初始相变点。由于石蜡的不纯性，有必要测量石蜡的各种热物性参数进行定量分析 [50] 。石蜡用作相变材料具有以下优点 [51]

　。

　(1)

　低温相变材料的相变温度为 40-70℃，相变潜热较大；(2)无毒、无腐蚀性，安全环保;(3)

　良好的化学和物理稳定性，不易发生化学或物理变化；(4)相变周期重复性好，使用寿命长;(5)成本低，制备工艺简单。但也存在以下缺点：（1）相变温度不高，石蜡的相变温度最高只有 70℃；（2）体积变化率较大。

　3.4 石蜡的加入对涂料的影响 ⑴ 储温刘成楼 [52] 等在基本配方中加入适量的石蜡，会降低涂层的孔隙率，提高涂层的导热系数，按照一般原理，会降低涂层的保温隔热功用，但事实恰恰相反。结果证实， 在一定范围内，随着石蜡加入量的增加，相变潜热总量增加，吸收和储存的辐射热总量，基材的蓄热量增加，使基层降温致冷、提高了隔热性。由表 3-1 可知，在相同的试实验条件下，随照射时间的增加，普通水泥砂浆涂层的箱内环境温度迅速升高；随照耀时间的增加，无石蜡的保温涂层的箱内温度平稳缓慢上升；随辐照时间的增加，加有石蜡的保温涂层的箱内温度在辐照时间的前 30min 内升高，与无石蜡保温涂层的速度无显著差异，30min 后温度缓慢升高，这是因为石蜡相变吸收、储存热能所致。当灯光照耀 80 min 后，箱内的高温度为：普通水泥砂浆涂层 46.6 ℃，无石蜡保温涂层 38.2 ℃，有石蜡保温涂层 34 ℃，无石蜡比普通水泥砂浆箱内温度降低了 8.4 ℃，有石蜡比无石蜡箱内温度降低了 4.2 ℃，比普通水泥砂浆降低了 12.6 ℃。由此可见：相变储能保温涂料的保温性能（热阻值）是同配方无石蜡保温隔热涂料1.5 倍。

　从表面温度看，当试板被照耀 80 min 后，普通水泥砂浆的表温为 76 ℃，无石蜡的表温为 73 ℃，有石蜡的表温为 68 ℃，无石蜡的表面温度比普通水泥砂浆低 3 ℃，有石蜡的表面温度比无石蜡低 5 ℃，说明石蜡在相变过程中有明显的吸热致冷作用。

　表 表 3 3- - 1

　试板在灯光照射下保温箱内部温度变化

　照射时间/min 箱内温度/℃ 普通水泥砂浆 无石蜡涂层 有石蜡涂层 0（开始）

　22.9 23.1 23 10 24.5 23.4 23.5 20 28.6 25.1 25.6 30 36.4 27.3 27.8 40 40.7 30.6 31.2 50 45.2 33.5 31.9 60 45.5 35.6 32.5 70 46.3 37.8 33.8 80 46.6 38.2 34.0 80min 后试板表温/℃ 76 73 68 （2）隔热王艳 [53] 等，与包含相变微胶囊的涂料配方的原配方相比，在相同的热

　源下，由于相变材料在加热过程中从固态变为液态，因此吸收了一部分热量，因此升温速度较慢，相同时间最高可达到 9 ℃的温差。随着加热时间的延长，相变材料的相变过程完成，并且包含相变微胶囊的涂料配方与原配方温度达到恒定。总之，含有相变微胶囊的涂料具备很好的隔热效果。

　图

　3-1

　含相变微胶囊涂料隔热性能测试 （3）红外伪装隐身 孙浩等 [54] 使用适当的连接料和溶剂制成带有微胶囊的微胶囊涂料,然后将其刷涂于帆布上以测试其红外遮蔽性能。测试采用 VARSCAN3021—ST高分辨率红外热成像仪(工作波段:8-12μm,现场视角:30°× 20°,温度分辨率：0.03℃) ,不同状态下的红外热像图如图 3-2 所示. 热源的目标温度为 80 ℃左右(环境温度为 30℃) ,在覆盖屏障中心之后,屏障的表面温度在 10 min 内没有发生明显变化；30 min 达到热平衡后,屏障的表面温度仍比目标温度低 40℃。可见,该遮障能够有效地屏蔽目标的红外热特征。

　（a）目标原始图像（b）刚遮蔽时的热图像

　 （c）遮蔽 10min 时

　 （d）达到热平衡时（30min）

　图

　3 3- - 2 微胶囊相变材料的红外遮蔽性能测试 ⑷ 红外示假效果 将 40 g 微胶囊均匀地分散在 20 cm×15 cm 的木板上,厚度为 5 mm. 在烘箱中加热到 80 ℃, 取出并放置在开放空间中,用红外热成像仪随时间的变化观察微胶囊红外热特征(环境温度 32 ℃) 。如图 3-3 所示，在 4 min 时,微胶囊的表观温度下降到 60 ℃；在 14 min 时,微胶囊的温度从 60 ℃降至 50 ℃；在 20 min 时,温度降至 40 ℃以下,红外热成像仪未观察到微胶囊的热特征. 由于微胶囊中起蓄热作用的是石蜡,所以最长时间是在石蜡的熔点(50-60 ℃)左右，达到 10 min。为了达到良好的红外示假效果,虚假目标必须具有较高的温度特性并能够维持较长的时间。可以看出,石蜡的熔点和相变潜热是影响微胶囊红外示假效果的关键因素。此外, 增加微胶囊层的厚度可以减慢

　微胶囊表观温度的下降。

　图

　3 3- -3 3

　微胶囊相变材料的红外热成像示假性能 为了获得良好的红外隐身或示假效果,必须对石蜡进行改性,以提高石蜡的相变潜热等性能,可根据需要调整相变点。石蜡可以通过氧化或接枝等化学反应进行改性。一边，尽可能增加石蜡的相变潜热；另一方面,形成一系列具有不同熔点的改性石蜡,以制备适合于不同温度要求的相变微胶囊。

　应用及展望 4.1 在颜料的应用 采用对颜料的色泽无不利影响的无色透明材料作为微胶囊的壁材，微胶囊技术用于将颜料粒子包裹于壁材中，从而增强涂料抵抗环境不利影响的能力，并改善了涂料的分散性、 耐热性、耐光性、化学稳定性等性能 [55] 。

　4.2 在纺织印染的应用 变色材料是一种对光、热、湿和压力敏感的染料，经到这些因素的影响，颜色将发生可逆或不可逆地变化。

　由于染料对纤维没有亲和力，只能密封以保持变色效果，防止外界因素的干扰。因此，需要将染料制成微胶囊用于印染[55]

　4.3 在建筑调温涂料的应用 建筑调温涂料相变材料的应用是利用相变潜热吸收、储存和释放热能的一种材料。微胶囊技术是将相变材料包封成稳定的固体微粒，其可以在非常窄的温度范围内吸收／释放相变潜热，并且具有显著的储热调温功能。微胶囊相变材料在建筑领域的应用，可减少室内空气温度波动的频率，使温度长时间保持在所需温度附近，提高人体舒适度，并实现节能目的[55]。4.4 在军事隐身涂料的应用 将微胶囊与红外吸收涂料或可见隐身涂料混合后，涂覆在目标表面上或嵌入泡沫状物质中覆盖目标，可形成热红外辐射吸收层或红外和可见光效应涂层，通过吸收目标放出的热量来降低外部热辐射强度，从而达到目标最佳的热隐身效果 [55]。

　4.5 其他应用 随着微胶囊相变材料技术的不断发展，微胶囊化后填料和助剂的性能都得到了极大的提高，从而使涂料行业朝着特殊功能涂料的方向发展。如：防腐、防污、防虫和防鼠等特殊功能涂料。.参考文献[1] 李延华. 微胶囊相变材料的制备及其应用研究[D]. 兰州理工大学, 2012[2] 陈颖, 姜庆辉, 辛集武,相变储能材料及其应用研究进展[J]. 材 料 工程,2019,47(7):1-10.[3]Telkes M.Nucleation ofsuper saturated inorganic saltsolutions[J].Industrial andEngineering Chemisty,1952,44(6):1308-1310.[4]Feldman D,Banu D,Hawes D W,et al. Obtainingan

　energy

　stor1ng

　building material by directincorporationofanorganicphasechangematerialin gypsum wallboard[J].Solar Energy MaterialsandSolarCels, 199122(2):231 -242.[5]Feldman D, Hawes D W.Absorption of phase change materiasinconcrete[J].SolarEnergyMaterialsandSolarCells,1992,27291-101.[6] Ahmet S, Ali K. Preparation thermal properties and ther

　mal reliability of capricacid/expanded perlite composite for thermal energy storage[J]. Materials Chemistryand Physics, 2008, 109(2): 459-464.[7] Koschenz M, Lehmann B. Development of a thermally activated ceiling panel withPCM for application n lightweight and retrofitted buildings[J] Energy and Buildings,2004, 36(6): 567-578.[8] Karim L, Barbeon F, Gegout P, et al. New phase-change material components forthermal management of the light weight envelope of buildings[J]. Energy andBuildings, 2014, 68(1): 703-706.[9] 秦鹏华，杨睿，张寅平等.定形相变材料的热性能[J].清华大学学报(自然科学版)，2003，43(6):833-835.[10]肖伟，王馨，张寅平.定形相变墙板改善轻质墙体夏季隔热性能研究[J].工程热物理学报，2009，30(09):1561-1563.[11] 闫全英，王威.低温相变石蜡储热性能的实验研究[J].太阳能学报，2006(08):805-810.[12] 李丽莎，闫全英.添加石蜡的相变水泥墙传热性能分析[J]. 太阳能学报，2012,33(01):126-130.[13] 闫全英，梁辰，张林.相变 石 蜡 掺 量 对 水 泥 墙 传 热 性 能 的 影 响 [J]. 建 筑 材 料 学 报 ，2009,12(02):236-238.[14] 闫全英，吴生俊，金丽丽.被动式蓄热相变墙体热工性能的研究[J].新型建筑材料，2014，41(11):17-20.[15] 张正国，龙娜，方晓明.石 蜡 / 膨 胀 石 墨 复 合 相 变 储 热 材 料 的 性 能 研 究 [J]. 功 能 材 料 ，200940(08):1313-1315.[16] Zhang Z G, Zhang N, Peng J, et al. Preparation and thermal energy storage properties .of paraffin/expanded graphite composite phase change material[J]. Applied Energy,2012, 91(1): 426-431.[17] 荣启龙，程博.微胶囊技术在纺织品整理中的应用现状[J].纺织科学研究，2019(1)；74-75.[18] 许时婴，张晓鸣，夏书芹等。微胶囊技术-原理与应用[M].北京:化学工业出版社，2006.21-25.[19] 沈宇燕，王洪海，微胶囊技术及其研究进展[J].广东化工,2013,40(22); 77-78.[20] Azagheswan,Kuniokase B, Padma S，et al. A review on microcapsules [J].Global Journal of Pharmacology，2015,9（1）；28-39[21] 刘婷，但卫华，但年华等.微胶囊的制备及其表征方法[J].材料导报，2013,27（21）:81-84

　[22] Zhao C Y，Zhang G H. Review on microencapsulated phase change materials (MEPCMs):Fabrication ,characterization andapplicatipns[J]. Renewable & Sustaonable Engergy Reviews,2011,15(8):3813-3832[23] 潘志文，王文利，王秋等。基于相变微胶囊的功能纺织品制备与应用研究[J].化工新型材料，2018, （4611）；256-259.[24]Malekipirbazan M, SadrameliS M,DorkooshF, et al, Synthetican d phy sical characterization ofphase change material: microencapsulated by complex coacervation for thermal energy storage

　appliclianltions[J]. International Journal of Energy Research, 2014,38(11):1492-1500 [25] 微胶囊技术及其在相变材料中的应用[J]. 广州化学, 2004(04):36-40+47.[26] Borregueroo A M,Valverde J L, Rodriguez J F,et al.Synthesis and characterization of microcapsules containing Rubithern RT27

　obtained by spary drying[J]. Chemical Engineering Journal,2011,166(1):384-390 [27] Poumohamadian H, Sheikhzadeh G A，Rahimi-Nasrabadi M, et al. F abrication ad charactenzation of microencapsulated PA with SiO2 shell through sol-gel synthesis via sodium silicate precursor[J]. Journal of Materials Science Matenals in Electronics, 2017. 28(14): 99-9997.[28] 楼樱红，溶胶-凝胶法制备相变微胶囊及其在织物上的应用[D]: [硕士学位论文]，上海:东华大学，2013.[29] HeF. WangX，Wu D. New approach for sol-gel synthesis of microencap sulated n-octadec ane phase change material with silica wall using so dium silicate precursor[J]. Energy， 2014， 67; 223-233.[30] Dai R Y, Wu G, Li W G,et al .Gelation/carboxymethylcellulose/dioctyl sulfosuccinate sodium microcapsule by complex coaceration and its application for electrophoretic display[J].Colloids Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects,2010,362(5):84-91.[31] 海彬,姜高亮卢雷鸣等.复凝聚法制背石蜡相变储能微胶囊及其性能研究[J].应用化工，2018,47（1）：10-13.[32] 杨改霞，宋晓秋，叶琳等。乳液聚合法制备 PMMA/HD 相变储热微胶囊[J].丝绸，2015， 52(4):9-13. :[33] Yu S F ， Luo W S. Preparation and Characterization of Microencapsulated Paffn/Polyurca Phase Change Materials[J]. Joumal of Materials Engineeing, 2015, 43(7): 100-104.[34] 辛成，陆少锋，申天伟等。原位聚合法制备相变微胶囊及其在织物上应用的研究进展[J].纺织科学与工程学报，2018，35(4): 148-151.[35] 黄全国，张凯，杨文彬等，三聚氰胺-甲醛相变微胶囊制备及性能[J].高分子材料科学与工程，2014, 30(3): 34-38.[36] 黄奕添，新型碳纳米管改性密胺树脂相变微胶囊的制备及性能表征[D]:[硕士学位论文].深圳:深圳大学，2017.[37] Li M G，Zhang Y，Xu Y H，et al.Effict of different amounts of surfactant on characteristics of nanoencapsulated phase-change materials[J].Polymer Bulletin,2011,67(3):541-552. [38] 倪卓，周方宇，蔡弘华等，MUF/石蜡相变储能材料的制备及其表征[J].化学与粘合，2015,37（3）：159-163.[39] 胡拉，三聚氰胺-尿素-甲醛树脂微胶囊形成机理及性能研究[D][博士学位论文].北京：中国林业科学研究院，2016.[40] 崔卓，相变微胶囊材料的制备及其性能研究[D]:[硕士学位论文]。兰州:兰州理工大学，2014.[41] 张志岗，复合芯材相变材料微胶囊的制备与应用[D]:[硕士学位论文].北京:北京服装学院，2016. [42] 柯孝明，相变微胶囊的制备及其在棉织物上的应用研究[D]:[硕士学位论文].杭州:浙江理工大学，2018.[43] 颜超.聚氨酯型相变微胶囊的制备及在Outlast/真丝织物上的应[D];[硕士学位论文].杭州:浙江理工大学，2010. [44] 武松海，田丽.纺织服装用相变材料的选用与研究[J].天津纺织科技，2013，(2):1-3[45] ZhangS，Niu J，Experimental investigation of effects of supercooling onmicroen capsulatedphase-changematerial (MPC10)slurry thermal storage capaciues [J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2010,94(6): 1038-1048.[46] 彭佩.聚脲相变微胶囊的制备及其应用性能研究[D]:[硕士学位论文].上海:东华大学，2016.[47] 贺珊珊，密胺树脂及聚脲壁材相变微胶囊的制备与表征[D]:[硕士学位论文].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2015.[48] 李海艳，管学茂，张帆等，相变微胶囊的制备及其应用现状研究[J]。

　材料导报，2013， 27(23): 135-138. [49] M.N.A.Hawlader,M.S.Uddin,Mya Mya Khin .Micronen capsulated PCM

　thermal energy storage system. Applied Energy,2003,74:195-202[50] 李祎彧. 石蜡微胶囊的制备及影响因素研究[D]. 同济大学, 2007.[51] 孙浩. 红外热成像仿真假目标技术用微胶囊相变材料的研制[D]. 国防科学技术大学, 2004. [52] 刘成楼,隗功祥.相变储能柔性保温隔热外墙涂料的研制[J].中国涂料，2011,26(11):35-39+63.[53] 王艳, 林金斌, 詹俊英. 相变微胶囊的制备及其在隔热保温涂料中的应用[J]. 中国涂料, 2016, v.31;No.236(02):33-37.[54] 孙浩,吴 文 健 . 石 蜡 微 胶 囊 化 及 其 红 外 伪 装 隐 身 性 能 研 究 [J]. 光 电 技 术 应用,2005(03):41-44.[55] 尚建丽, 张浩. 微胶囊相变材料制备技术及其在涂料中的应用[J]. 化工新型材料, 2015(4)2414[56] 汪婷. 相变微胶囊的制备及其在调温织物中的应用[D].江南大学,2019