阴离子型聚氨酯制备正十八烷纳米胶囊的方法和性能1刘尧魏燕彦*孔维良宗成中青岛科技大学橡塑材料教育部重点实验室，山东青岛266042摘要：以烷烃为相变芯材的纳米胶囊是一种新型的固-固相变材料，其制备方法少且性能不足，一直处在研究阶段。利用阴离子型聚氨酯特殊的分散能力，将正十八烷分散在水中，在苯乙烯的参与下进行悬浮聚合，得到平均粒径在400~750nm的纳米胶囊。使用动态光散射法对悬浮聚合前后的粒径进行了测试，并用透射电镜和差示扫描量热法对纳米胶囊的形态和热性能进行表征。发现悬浮聚合后粒径增大不明显，纳米胶囊具有明显的核壳结构，十八烷在其中呈单球形分布或多球分布，相变温度和过冷与纯十八烷基本一致，相变焓达到80J/g，包裹率达到70%左右。关键词：阴离子型聚氨酯；正十八烷；纳米胶囊；相变材料中图分类号TQ323.8前言有机烷烃相变材料（PhaseChangeMaterial,PCM）具有无毒无味，相变点可调，过冷小等优点，成为最有应用价值的相变储能材料之一。将PCM包裹于聚合物囊壁中制备成PCM微胶囊和纳米胶囊，可以解决PCM固液相变产生的流动问题，使其具有一定的形状，易于分散在流体和其它基材中，可以应用于储能、传热和控温领域[1-2]。PCM微胶囊和纳米胶囊的制备手段主要有界面聚合，原位聚合，悬浮聚合等[3-6]。粒径低于1微米的PCM纳米胶囊具有更高的比表面积，在水中悬浮稳定，泵送破损率低等优点，它的制备技术难以用传统的微胶囊制备技术实现，一般需要借助细乳液和高速剪切技术才能得到纳米胶囊[7-8]。目前PCM微胶囊和纳米胶囊的制备技术大多处在研究阶段，制备工艺复杂，需要外加乳化剂才能将PCM稳定分散在水中，稀释稳定性和重分散性较差等问题。[18]我们利用阴离子型聚氨酯特殊的分散能力，将烷烃材料直接分散在水中，通过简单的悬浮聚合使得囊壁交联，得到稳定分散在水中的纳米胶囊。这种方法的优点有：（1）阴离子聚氨酯分子结构中含有亲水基团无需外加乳化剂，消除了游离小分子乳化剂的对后继应用的影响；（2）固定在囊壁上的亲水基团无法迁移，纳米胶囊干燥后仍然可以直接分散回水中；（3）由于聚氨酯特殊的乳化能力，不需要使用助乳化剂就可1收稿日期：基金项目：国家自然科学基金项目（51103078）和青岛市科技计划基础研究项目（13-1-4-244-jch）第一作者：刘尧，在读博士，讲师，0532-88959322，E-mail：qustliuyao@163.com通讯联系人：魏燕彦，副教授，13685424915，E-mail：yywei@qust.edu.cn，研究方向为聚氨酯材料、相变纳微米胶囊和ACM吸水膨胀橡胶的合成。以得到粒径小于1微米的烷烃悬浮粒子；（4）悬浮聚合工艺简单，悬浮液可以直接用做传热流体。阴离子聚氨酯不仅可以用于制备PCM纳米胶囊，而且可以用于对其它非亲水材料的分散，制备分散液和纳米胶囊，在医药、生物、材料和催化剂等领域具有潜在的应用价值。1实验部分1.1试剂与仪器异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）：>99.8%，德国拜尔公司；二月桂酸二丁基锡（DBTL）：化学纯，天津市瑞金特化学品有限公司；2,2-二羟甲基丁酸（DMBA）：工业品，江西南城红都化工科技开发有限公司，120℃真空干燥2h；端羟基聚丁二烯（HTPB）：>99%，工业品，分子量1700，淄博齐龙化工有限公司；三乙胺（TEA）：分析纯，天津市广成化学试剂有限公司；甲乙酮肟（MEKO）：99.9%，衡州新未来公司；丙酮：分析纯，分子筛干燥，烟台三和化学试剂有限公司；正十八烷：分析纯，天津市化学试剂研究所；过硫酸铵((NH4)2S2O8)，分析纯，天津市广成化学试剂有限公司；苯乙烯，分析纯，天津市广成化学试剂有限公司。1.2实验过程1.2.1阴离子型聚氨酯（APU）的合成整个反应在干燥氮气保护的三口烧瓶中进行，反应装置150℃除水0.5h，趁热搭起装置，通氮气10min。将90gIPDI与25gDMBA混合，250rpm转速下充分搅拌，70℃反应2h左右时间，然后缓慢加入液态169gHTPB和催化剂0.1%wt的DBTL，在60℃继续反应2h。再加入24gMEKO封端剂对剩余异氰酸酯基团封端，充分搅拌直到红外光谱检测看不到2270cm-1处特征峰，最后加入过量10%的三乙胺中和DMBA中的羧酸得到阴离子聚氨酯预聚物。采用美国Waters公司的IsocraticHPLCPump1515型凝胶色谱仪(流...