摘要
由于SiO2微球表面带有大量的羟基，粒径小、比表面积大、分散性能好，具有优越的化学稳定性、补强性、增稠性和触变性，在催化剂、陶瓷、颜料、制药等工业领域有着广泛的应用。然而，SiO2微球的粒径对于其性能和应用是一个重要的影响因素，所以对颗粒尺寸的控制是至关重要的。 相变微胶囊利用芯材相变材料的相变潜热来调节周围温度，在航空航天、建筑节能、服装纺织、生物医学等行业有着广泛的应用。由于其囊壁一般为高分子材料，性能方面具有一定的局限性，一般要在囊壁中填充其他粒子或者对其改性来达到实际的应用要求。 本文通过溶胶-凝胶法制备SiO2微球，并着重研究通过调整反应温度和反应物料（乙醇、NH3·H2O、TEOS）浓度达到对SiO2粒径的控制。XRD测试结果表明，产物为无定形结构。对SiO2微球的微观形貌研究表明，其粒径随着乙醇浓度从7.14M增大到9.55 M而从0.66μm增大到0.90μm，分析指出SiO2微球粒径的增大主要归因于乙醇浓度增大促进了体系中TEOS的水解。而随着NH3·H2O浓度从1.88 M增加到2.36 M，SiO2微球粒径从0.50μm增加到0.90μm，原因是NH3·H2O作为催化剂，其浓度增大可以加强聚合反应形成的短链之间的交联，导致形成更大粒径的SiO2微球。当TEOS的浓度从0.08 M增加到0.11 M时，SiO2微球粒径从0.47μm增加到0.90μm，原因是TEOS的浓度增大使聚合速率加快，其最终的结果是SiO2的粒径增大。更进一步的研究表明，SiO2微球的粒径随着反应温度从26℃增加到28℃而从0.71μm增加到0.83μm，而后随着反应温度继续增加到32℃，产物粒径降低到0.66μm。通过以上反应温度和反应物料浓度的综合调控，实现了SiO2微球在0.47～0.90μm范围内的粒径控制。 在芯材硬脂酸丁酯的表面原位聚合脲醛树脂来制备相变微胶囊，并将制备的SiO2微球填充到微胶囊的壁材中，设计正交实验表，研究SiO2微球的粒径、SiO2微球的填充量及甲醛与尿素的摩尔比对微胶囊的相变储热性能和密封性能的影响。DSC测试结果表明，甲醛与尿素的摩尔比对微胶囊的相变焓的影响是显著的，并且适量的添加SiO2微球可以增大微胶囊的相变焓。对微胶囊的破损率分析表明，SiO2微球的填充量是影响微胶囊破损率的显著因素，并且填充适量的SiO2微球可以降低微胶囊的破损率。原因是当微胶囊受到剪切力的作用而出现银纹或者裂缝时，小尺寸的SiO2微球通过与脲醛树脂界面间良好的作用而产生应力集中效应，使脲醛树脂基体产生屈服及塑性变形，并吸收冲击能，将裂缝转化为银纹，阻止了液体芯材硬脂酸丁酯的泄露，使壁材具有一定的抗剪切性能。分析影响微胶囊致密性的因素表明，SiO2微球的填充量在显著性水平0.05上是显著的，SiO2微球的粒径在显著性水平0.10上是显著的，并且填充适量的SiO2微球可以提高微胶囊的致密性。其原因是部分SiO2微球会嵌入囊壁的微孔中，使微胶囊囊壁的微孔尺寸减小或者数量减少，从而减缓了微胶囊的释放速率，提高了其致密性。对以上相变焓、破损率和致密性三个性能指标的极差和方差结果综合分析，我们确定了SiO2微球填充MicroPCMs的最佳配方，即:SiO2微球的粒径取660 nm、SiO2微球的含量取2％、F/U取1.7，此时微胶囊的相变焓值为41.56 J/g，破损率为16.1％，失重率为0.4％。
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