低温相变材料微胶囊定形方法研究

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随着社会经济发展和科学技术的进步,能源安全问题以及由此引发的环境污染等问题威胁着人类的生存与发展,如何有效利用能源、实现能源的可持续发展成为人类关注的热点。相变材料作为一种潜热贮能材料,是近年来能源利用领域和新材料领域研究最多,最具有开发和应用前景的功能材料之一。固液相变材料在应用过程中易液相泄漏,不易贮存,引起腐蚀或污染环境,阻碍了该类材料的规模化应用。解决这一问题的有效途径是对相变材料进行封装制备定形相变材料。本文采用微胶囊技术,选用乙二醇双硬脂酸酯(EGDS)作为相变芯材,以不同壁材对其进行包裹,并对微胶囊相变材料的性能进行了较系统的研究。   以BPO-DMA为复合引发剂,采用悬浮聚合法,室温下合成了以聚甲基丙烯酸甲酯为壁材包覆EGDS的微胶囊相变材料,讨论了乳化剂体系及配比、氧化还原复合引发比例、搅拌速度以及芯壳投料比对微胶囊形貌及热性能的影响。确定合成EGDS/PMMA微胶囊的最佳制备条件和配方:搅拌速度为500rpm,乳化剂配比PVA:SDBS=0.01:1,复合引发剂BPO:DMA=1%:0.2%(百分含量),芯壳比为1.94:1时,反应5h。微胶囊颗粒成球形,约在1-5μm范围,微胶囊相变潜热随芯壳比的增加而增大,芯材含量达到最高值64.6%,微胶囊的化学稳定性良好,且热循环测试显示微胶囊具备良好的热稳定性,其贮能前景广阔。   选用BPO为引发剂、KPS为助引发剂,采用原位聚合法,通过加热引发单体MMA在芯材乙二醇双硬脂酸酯(EGDS)表面进行自由基聚合反应,合成了EGDS/PMMA相变材料微胶囊。研究发现:乳化剂及其用量对微胶囊形貌及粒径的影响较大,其中以SDS为乳化剂,用量为5%时较佳;采用BPO-KPS复合引发聚合方式,合成的微胶囊包裹效果良好。微胶囊平均粒径为4.3μm,相变潜热为114.1 J/g,微胶囊具有较好的贮热性能及热循环稳定性。   以脲醛树脂为壁材,采取原位聚合法,以EGDS为芯材,Tween-60为乳化剂,成功地合成了微胶囊相变材料,分别考察了乳化剂、预聚体加入方式及pH的调节方式对微胶囊形貌、热性能的影响,其中当芯壳投料比为2:1,以Tween-60为乳化剂、采用滴液漏斗滴加预聚体方式,且以0.6ml/min滴加速度滴加柠檬酸溶液至滴定终点pH=2的制备条件下制备的微胶囊性能最佳。微胶囊颗粒粒径均一,形态较好,平均粒径在3-5μm,其相变温度为63.64℃,相变焓为131.0 J/g,此时包裹含量与投料比相近,相变贮热性能良好。微胶囊的初始失重温度较芯材EGDS提高了近40℃,且微胶囊经过多次冷热循环后,相变焓基本稳定在130 J/g附近,热性能及热循环稳定性良好。
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