闫芳芳, 徐乙梅, 李林刚, 余学永, 蔡以兵

高等学校化学学报 2024, 45 (4): 20230501-. DOI:10.7503/cjcu20230501

摘要（46）

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通过溶胶-凝胶法制备了以二氧化钛(TiO₂)为壳材、正二十烷(n-C₂₀)为芯材的相变微胶囊n-C₂₀@TiO₂, 利用水合肼(N₂H₄·H₂O)溶液对其外壳TiO₂进行还原反应得到了微胶囊n-C₂₀@TiO_2-_x, 随后以水性聚氨酯(WPU)为介质, 将羽绒(DF)与n-C₂₀@TiO_2-_x 结合制得蓄热调温羽绒n-C₂₀@TiO_2-_x /DF. 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、 X射线衍射仪(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)和差示扫描量热仪(DSC)等对相变微胶囊及n-C₂₀@TiO_2-_x /DF的形貌结构和热性能进行表征. 结果表明, n-C₂₀@TiO_2-_x 粒径约为309 nm, 热焓值由改性前的80.2 J/g(n-C₂₀@TiO₂)提升至106.1 J/g, 并呈现出优异的热稳定性. 当n-C₂₀@TiO_2-_x 添加量为30%时制备的调温羽绒热焓值为18.7 J/g, 且经过5次水洗后仍可达到10.6 J/g. 本实验为微胶囊的改性与功能性羽绒材料的研究提供了一种策略, 有利于相变材料在传统纺织领域的拓展应用.

由图3可以发现， n?C₂₀冷却结晶过程中分别在31.9和33.1 ℃处有两个结晶峰，这是因为n?C₂₀在完全结晶之前为亚稳态转变相，此类现象在大多数长链烷烃中普遍存在［29］. n?C₂₀@TiO₂与纯相变材料相比具有相似的温度曲线，但其凝固点温度（T_c）低于n?C₂₀，熔融温度（T_m）有所升高，这是因为升温过程中微胶囊壳层会阻隔热量向芯材传递，降温时又会阻碍n?C₂₀的凝固结晶过程，故导致相变温度有所偏移. n?C₂₀@TiO_2-_x 的T_c及T_m相较n?C₂₀@TiO₂略有降低，这可能是因为经还原处理后微胶囊壁壳比例有所下降，有利于其芯材的结晶与熔融过程［30］. 由此可知， TiO₂及TiO₂_-x 在作为MEPCMs的壳材对内部芯材进行包覆形成保护的同时，会在一定程度上增大T_c与T_m的差值，而T_c相较n?C₂₀的降低可利于其在更低温时向外界释放热量. n?C₂₀@TiO_2-_x 的结晶焓（ΔH_c）可达106.1 J/g，包覆率（R_en）为49.8%，相较n?C₂₀@TiO₂包覆率值上升了16.8%，这表明n?C₂₀@TiO_2-_x 可以更有效地储存或释放潜热，更有利于与羽绒基材结合发挥PCM在蓄热调温领域的拓展应用.