pH敏感相变材料微胶囊自组装合成及性能表征

发布时间：2020-04-05 13:51

【摘要】：pH敏感材料属于智能材料,智能材料是可以主动对周围变化做出响应,智能材料种类很多,例如金属材质,非金属材质、高分子材料、光敏智能高分子材料、pH敏感高分子材料。敏感性高分子聚合物是当外界发生变化(比如pH、温度),聚合物相当于“指示器”一样,将外界的变化以它特有的形式反馈出来。科学家通过不断的实验发现敏感材料可以在释放药物和蛋白质分离方面有所应用,将来必将在患者药物控释和生物体治疗研究上大有可为。聚甲基丙烯酸(PMAA)的单体是甲基丙烯酸,它是在环境敏感领域广泛应用的一种材料,,尤其是在pH敏感性方面。聚甲基丙烯酸的单体α-甲基丙烯酸,它的分子结构中的羧基具有可解离的羧基,当周围pH发生改变时,羧基可以获取或失去质子,周围环境呈酸性,羧基呈非解离的-COOH,相邻的羧基间会形成氢键使得α-甲基丙烯酸呈收缩状态;而当pH值升高后的环境中,羧基便释放质子解离成—COO-而失去了氢键的作用。本论文实验的合成部分,是以正二十烷作为芯材相变材料,借助甲基丙烯酸甲酯(MMA)的热传导性和稳定性,还有甲基丙烯酸(MAA)羟基对pH敏感的特性,将二者聚合物作为微胶囊的外层壁材,实现共聚物对正二十烷芯材包覆,将正二十烷微胶囊化。实验过程分别用到了表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、甲基丙烯酸甲脂(MMA)和甲基丙烯酸(MAA)、引发剂分别是过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈(AIBN)、过硫酸钾。研究了一定范围表面活性剂浓度、不同的搅拌速率、正二十烷与单体的质量对比对于微胶囊表面形貌、微观结构和相变性能的影响。在论文实验的表征部分,使用扫描电子显微镜(SEM)观察微胶囊的表面形貌;透射显微镜是可以从微观表现微胶囊的微观结构;X射线能谱分析(EDAX)可以进一步分析出微胶囊的元素组成成分和各种元素的含量;X射线光电子能谱分析(XPS)能够分析出微胶囊的化学元素组成;差示扫描量热仪(DSC)和热失重分析(TGA)可以直观的表现出微胶囊对相变材料的包覆率、耐久性和热稳定性;通过红外热成像仪分析对微胶囊的太阳能的光热转化效率;通过核磁共振(NMR)测试共聚物的结构和结构单元的链接方式。通过实验过程中有效的表征仪器分析制备聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸包覆正二十烷的微胶囊的最佳合成条件是表面活性剂浓度为0.2mol.L-1,搅拌速度为350r/min,,在上述条件下合成的微胶囊具有了比较好的核-壳结构,微胶囊的微观形貌为表面光滑的圆球。在最佳的合成条件下制备的微胶囊具有良好的相变性能、热稳定性、耐久性、抗渗透性,能够更好的实现太阳能光热转化同时具有良好的pH敏感性。本实验所制备的聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸共聚物包覆的正二十烷具有了双功能性,出了具备了二十烷相变材料的储能调温功能外,同时还兼具了pH敏感性。
【图文】：

溶胶体系,微胶囊,凝胶,配位剂

逦第一章相变材料逦逡逑溶胶体系，溶胶胶粒之间进行相互聚合反应，最终生成了三维空间网状结构凝胶，逡逑凝胶通过干燥和烧结固化得到微胶囊。溶胶凝胶是众多反应中条件需求比较温和逡逑的反应，反应过程中是把反应中用到的前驱体、催化剂、溶剂和配位剂等成分混逡逑合均匀，进行水解缩合等一系列的化学反应形成稳定透明的溶胶体系，然后经过逡逑老化，形成三维结构的凝胶体系，最后经过固化和烧结形成相变材料微胶囊。逡逑■逦…逦＂逦逦邋逦逦逡逑

示意图,微胶囊,偏光,表面活性剂

逡逑图３－１微胶囊反应过程示意图逡逑Ｆｉｇ．邋３．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌｅ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑３．２反应“钥匙”一表面活性剂逡逑３．邋２．邋１表面活性剂定义逡逑最早研究表面活性剂是根据降低表面张力大小来判断某一物质是否为表面．逡逑活性剂，人们把能是溶剂（或水）的表面张力降低的特性称之为表面活性，当吧逡逑物质加入到溶剂中，溶剂的表面张力或者是液体与液体接触的表面张力出现大的逡逑幅度的降低的物质叫做表面活性剂。从能否降低表面张力的观点出发，可以清楚逡逑地解释洗涤剂作为表面活性剂所具有的乳化、增溶、润湿、起泡、消泡等表面现逡逑象逡逑但经过人们对表面活性剂的深入研究发现，例如聚乙二醇、聚乙烯醇等尽管逡逑几部不具备减低表面张力的能力，但是却具有良好的乳化性。同样，一些存在于逡逑动植物体内的生理活性物质，对维持生物体呼吸、视觉、听觉、消化、神经传导逡逑等起到重要作用，新出现的表面活性剂，，虽然不能够降低液面的表面张力，但是逡逑依然具有生理功能的特殊能力。逡逑通过研究的深入
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】