石蜡-密胺树脂微胶囊相变材料制备与性能研究
致密性聚氨酯微胶囊相变材料的制备毕业设计

毕业设计(论文)题目:致密性聚氨酯微胶囊相变材料的制备学院:纺织与材料学院专业班级:轻化工程11级(3)班指导教师:陆少锋职称:讲师学生姓名:彭欣学号:41101030310摘要相变储能技术能够显著提高能源利用率,有效缓解能源紧缺问题。
而相变储能技术大规模应用的困难在于相变材料容易泄漏,需要对其进行封装。
目前,得到国内外广泛关注、具有较高实用价值的封装技术是微胶囊化技术。
本文立足于此,以硬脂酸丁酯为芯材, 苯乙烯马来酸酐共聚物(SMA)为乳化分散剂, 采用界面聚合制备微胶囊相变材料, 其壁材分为两种:一种是甲苯-2, 4-二异氰酸酯(TDI)和聚醚多元醇反应形成的, 一种是脂肪族异氰酸酯(IPDI)与聚醚多元醇反应形成的聚氨酯壳层。
研究了合成过程中乳化转速、乳化时间、反应温度、反应时间、芯材与壁材用量等因素对微胶囊表面形貌及各项性能的影响。
采用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜等分别对微胶囊的热性能、表面形态做了研究和分析。
结果表明, 所制备微胶囊的致密性和耐热稳定性均比单层微胶囊有很大程度的提高。
关键词:微胶囊,聚氨酯,相变材料,界面聚合,硬脂酸丁酯The energy storage technology can improve the energy utilization rate, effectively alleviate the shortage of energy. The difficulty of large scale application of phase change energy storage technology is that phase change materials are easy to leak and need to be encapsulated.. At present, the encapsulation technology which is widely concerned at home and abroad, and has the high practical value is the micro encapsulation technology.Based on the, with n-Butyl stearate as core material, styrene maleic anhydride copolymer (SMA) for emulsion dispersant, by interfacial polymerization preparation of microencapsulated phase change material, the wall material is divided into two: one is toluene 2, diphenylmethane diisocyanate (TDI) and polyether polyol be formed. Another is the formation of aliphatic diisocyanate (IPDI) and polyether polyol reaction of polyurethane shell.The effects of emulsifying speed, emulsifying time, reaction temperature, reaction temperature, reaction time, the amount of core material and wall material on the surface morphology and properties of microcapsules were studied.The thermal properties and surface morphology of microcapsules were studied by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analyzer (TGA), scanning electron microscopy (SEM) and optical microscope.. The results showed that the compactness and heat resistance of the microcapsules were improved compared with the single microcapsule.Key word:microcapsules ,Polyurethane, phase change materials, interfacial polymerization, n-butyl stearate第一章概述 (2)1.1相变材料 (2)1.3微胶囊技术 (3)1.4 微胶囊相变材料 (4)1.4.1微胶囊相变材料芯材的选取 (4)1.4.2微胶囊相变材料壁材的选取 (5)1.4.3微胶囊相变材料的制备方法 (6)1.4.3微胶囊相变材料的表征 (7)4.3.2微胶囊热性能表征方法 (8)1.4.4微胶囊相变材料的应用 (9)第一章实验部分 (10)2.1实验仪器和实验药品 (11)2.1.1实验仪器 (11)2.1.2实验药品 (11)2.2 实验原理 (11)2.2.1聚醚多元醇与 TDI或IPDI的反应 (12)2.2.2异氰酸酯与水的反应 (12)2.2.3异氰酸酯与胺的反应 (12)2.3 试验方法 (12)2.3.1微胶囊的制备工艺流程 (13)2.3.2乳化剂的配制 (13)2.3.3TDI和聚醚多元醇合成的微胶囊的制备方法 (14)2.3.4IPDI和聚醚多元醇合成的微胶囊的制备方法 (14)2.3.5 微胶囊相变材料合成的工艺曲线 (15)2.4测试指标 (15)2.4.1微胶囊乳化效果的测定方法 (16)2.4.2微胶囊表观形态测试方法 (16)2.4.3微胶囊红外光谱的测定 (16)2.4.4微胶囊的热稳定性测定 (16)第三章实验结果与讨论 (16)3.1乳化条件对乳液颗粒的表面形态的影响 (17)3.1.1乳化转数对乳液颗粒的表面形态的影响 (17)3.1.2乳化时间对乳液颗粒粒径大小的影响 (18)3.1.3乳化剂的用量对乳液颗粒表面形态的影响 (20)3.2温度对于微胶囊的影响 (21)3.2.1温度对聚醚多元醇和TDI合成的微胶囊表面形态的影响 (21)3.2.2温度对聚醚多元醇和IPDI合成的微胶囊表面形态的影响 (22)3.2.3温度对于聚醚多元醇和TDI合成的微胶囊热稳定性的影响 (23)3.2.2温度对聚醚多元醇和IPDI合成的微胶囊热稳定性的影响 (24)3.3二乙烯三胺对微胶囊的影响 (24)3.3.1 二乙烯三胺对聚醚多元醇和TDI合成的微胶囊热稳定性的影响 (24)3.3. 二乙烯三胺对聚醚多元醇和IPDI合成的微胶囊热稳定性的影响 (25)结论 (26)前言能源是人类社会赖以生存的基础,而能源的开发和利用是人类社会前进的动力。
微胶囊相变储能材料研究及应用进展评述

化。该法成本低廉 , 工艺简单, 易于大规模工业化生 产。 锐孔法是因聚合物的固化导致微胶囊囊壁的形 成 , 即先将线形聚合物溶解形成溶液 , 聚合物固化时 迅速沉淀析出形成囊壁。 复凝聚法适用于对非水溶性的固体粉末或液体 进行包囊。实现复凝聚的必要条件是 2 种聚合物离 子的电荷相反, 数量恰好相等。以明胶与阿拉伯胶 为例, 将明胶溶液的 pH 值自等电点以上调至等电 点以下 , 使之带电 , 而阿拉伯胶仍带负电 , 由于电荷 互相吸引交联, 形成正、 负离子络合物, 溶解度降低 而凝聚成囊。复凝聚法是经典的微胶囊化方法, 操 作简单。 溶剂挥发法也称为液中干燥法 , 将壳材料与芯 材料混合物以微滴状态分散到介质中, 挥发性的分 散介质迅速从液滴中蒸发或者被萃取形成囊壳。再 通过加热、 减压、 搅拌、 溶剂萃取、 冷却或冻结的手段 将囊壳中的溶剂除去。笔者所在实验室采用三氯甲 烷作为分散挥发相溶剂 , 制备了以聚苯乙烯为壁材、 以 CaCl2 6H 2 O 为芯材的微胶囊相变材料[ 10] 。
相变材料主要利用其在相变过程中吸收或放出 的热能, 在物相变化过程中与外界环境进行能量交 换( 从外界环境吸收热量或向外界环境放出热量 ) , 从而达到能量利用和控制环境温度的目的。 相变材料按照结构可以分为无机相变材料和有 机相变材料, 无机相变材料主要包括结晶水合盐类、 熔融盐类、 金属及其合金和氟化物等。其中最典型 的是结晶水合盐类 , 其具有较大的熔解热和固定的 熔点。 有 代 表 性 的 结 晶 水 合 盐 有: Na2 SO4 10H 2 O 、 CaCl2 6H 2 O 、 Na 2 S 2 O 3 5H 2 O 、 Mg Cl2 6H 2 O 等 , 这类相变材料存在着过冷和相分离的问 题。高级脂肪烃类、 醇类、 芳香烃类、 芳香酮类、 酰胺 类、 氟利昂类等是常用的有机相变材料 , 高分子类相 变材料包括聚烯烃类、 聚多元醇类、 聚烯醇类、 聚烯 酸类、 聚酰胺类等。石蜡是应用比较广泛的有机类 相变材料, 可 用通式 Cn H 2 n + 2 表示 , 选择不同 碳原 子数的石蜡, 可获得不同相变温度 , 相变潜热大约在 160~ 270 kJ/ kg 。石蜡作为相变材料 , 无过 冷及析 出现象、 性能稳定、 无毒、 无腐蚀性、 价格便宜, 但是 其导热系数小、 密度小、 单位体积储热能力差、 相变 过程中体积变化较大。 微胶囊相变材料与普通相变材料相比增大了传 热面积, 防止了相变材料与周围环境的反应, 有效控 制相转变时材料的体积变化, 提高了相变材料的使 用效率, 同时微胶囊相变材料便于封装 , 可以降低相 90 新技术新工艺!
石蜡相变材料在建筑领域的研究与应用进展

㊀第9期㊀㊀收稿日期:2021-02-04㊀㊀作者简介:李娜(1982 ),女,山东滨州人,工程师,主要从事建筑设计及建筑节能研究工作㊂石蜡相变材料在建筑领域的研究与应用进展李娜1,于恩强2,3(1.滨州市建筑设计研究院有限公司,山东滨州㊀256600;2.中国石油大学(华东)化学工程学院,山东青岛㊀266580;3.广东大港石油科技有限公司,广东珠海㊀519000)摘要:综述了近十年来以石蜡作为主材的相变材料的技术研究进展,对石蜡相变材料的改性㊁封装工艺以及在建筑节能领域的应用情况进行了总结,并对石蜡相变材料在建筑节能领域的应用与发展方向进行了展望,旨在为化工新材料研发及其在建筑节能领域的应用提供一定参考㊂关键词:石蜡;相变材料;节能建筑中图分类号:TE626.8㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1008-021X(2021)09-0057-02ProgressinResearchesandApplicationsofParaffinPhaseChangeMaterialsinArchitectureLiNa1,YuEnqiang2,3(1.BinzhouArchitecturalDesignInstituteCo.,Ltd.,Binzhou㊀256600,China;2.CollegeofChemicalEngineering,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),Qingdao㊀266580,China;3.GuangdongDagangPetro-technologyCo.,Ltd.,Zhuhai㊀519000,China)Abstract:Theresearchprogressofparaffinbasedphasechangematerialsinrecenttenyearsisreviewedinthispaper,themodificationofparaffinphasechangematerials,packagingtechnologyandtheapplicationsinthefieldofbuildingenergysavingaresummarized,andtheapplicationanddevelopmentdirectionofparaffinphasechangematerialsinthefieldofbuildingenergysavingareprospected,aimingtoprovidesomereferencefortheresearchanddevelopmentofnewchemicalmaterialsandtheirapplicationsinthefieldofbuildingenergysaving.Keywords:paraffin;phasechangematerials;energysavingbuildings㊀㊀物质在一定的能量作用下会发生相态转变,称为相变㊂相变过程会伴随能量的吸收和释放,当物质材料具有较大的相变潜热时,可以在一定的范围内维持温度稳定,从而实现储能或者调温的作用,具有这种特性的物质通常称为相变材料(Phasechangematerials,PCMs)㊂我国拥有辽阔的国土面积,覆盖热带㊁亚热带㊁温带和寒带,部分地区昼夜温差较大,建筑节能的改进空间很大,国家鼓励建筑节能技术的创新与应用㊂将PCMs应用于节能建筑的建设,发挥PCMs的能量调控功能,可以明显降低建筑物的能耗,提升居住环境的舒适性㊂根据材料划分,PCMs可分为无机PCMs㊁有机PCMs㊂无机PCMs通常是水合盐,具有相变潜热大,成本低廉的特点,同时也存在着易过冷和相分离的问题,部分材料还具有一定的腐蚀性㊂有机PCMs包括石蜡㊁脂肪酸等有机化合物,通常没有上述问题,且价格低廉,原料易得㊂其中,石蜡是有机PCMs中的代表性物质,得到了广泛应用㊂石蜡的相变温度为0 80ħ㊁相变焓高达150 250J/g,尽管存在着导热系数低㊁易泄漏的缺陷,但是通过一定的改性以及封装工艺对石蜡进行处理,上述问题基本得到解决,因此,相变石蜡在节能建筑中具有很好的推广价值㊂本文总结了近十余年以来基于石蜡的PCMs开发以及应用研究进展,重点就石蜡的改性㊁封装以及在建筑节能领域的应用进行了分析,以期为本领域相关的研发工作提供参考㊂1㊀基于石蜡的PCMs技术开发1.1㊀基于石蜡的PCMs改性石蜡PCMs的短板在于导热性能较低,为了提高石蜡PCMs的导热性能,国内外研究者普遍采用了添加高导热率颗粒的方式对石蜡进行改性,如膨胀石墨㊁碳纳米管㊁石墨烯㊁金属粉末[1]等,其中碳材料是主要的研究方向㊂Xia等[2]以膨胀石墨和石蜡制备了复合相变材料,研究结果表明,加入10%的膨胀石墨,可使石蜡复合相变材料的导热系数提高10倍以上,储热/回收时间比纯石蜡分别缩短了48.9%和66.5%㊂Karkri等[3]研究了合成石墨SFG75与石蜡复合的改性效果,研究结果表明,随着SFG75的添加量从0 40%逐渐增加,复合相变材料的导热系数呈非线性增加,在SFG75添加量达到40%时,复合相变材料的导热系数提高了7.75倍㊂任学明等[4]以25#石蜡和碳纳米管(CNTs)为原料通过真空浸渍法得到CNTs掺杂的复合相变材料,表征结果表明,CNTs在小比例掺杂的情况下,复合PCMs的导热系数随着掺杂量的提高而提高,在0.8%的掺杂量下,导热系数可以提高1倍㊂郭美茹等[5]以石蜡和石墨烯为原料制备得到复合相变材料,测定结果表明,复合相变材料的热导率随着石墨烯的添加量增加而增加,当添加量达到2%时,与纯石蜡相比,热导率提高了1.3倍,相变潜热提高了8.8%㊂1.2㊀基于石蜡的PCMs封装由于石蜡PCMs在发生相变时是在固液态转变的,容易发生泄漏,采用一定的封装技术对石蜡进行处理也是技术研究的热点,采用微胶囊法和吸附法可以有效地解决石蜡PCMs泄露的问题㊂Aludin等[6]将不同质量分数的石蜡和聚己内酯(PCL)溶于氯仿中,然后用乙醇溶液沉淀纯化后得到复合材料㊂通过泄露测试发现,PCL可以明显改善石蜡的泄露问题,在PCL加入量达到60%时,复合相变材料中的石蜡基本不发生泄露㊂张秋香等[7]以纳米SiO2改性的甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物作为壁㊃75㊃李娜,等:石蜡相变材料在建筑领域的研究与应用进展山㊀东㊀化㊀工材对石蜡进行包覆,制得石蜡微胶囊相变储能材料(Phasechangeenergystoragemicrocapsule,PCESM),研究结果表明,PCESM的相变潜热达134.79J/g,添加3%纳米SiO2后的石蜡分解温度比未改性前提高了40K,壁材分解温度提高了50K,石蜡渗漏率仅2.96%㊂Silakhori等[8]采用聚苯胺为壁材,石蜡为芯材,通过原位聚合技术制备了PCESM,并对其性能进行了研究㊂研究结果表明,经1000次热循环后,PCESM的化学特性和结构轮廓仍能够保持不变,有效防止了石蜡的泄露,且具有很好的热稳定性㊂Kong等[9]通过真空吸附法将相变石蜡加入膨胀珍珠岩中,得到复合PCMs,再采用二氧化硅和有机丙烯酸酯的混合物进行浸渍和表面涂膜得到PCESM,表征评价结果表明,石蜡的最佳吸附比为52.5%,表面涂膜工艺能有效地解决真空浸渍法制备的复合相变材料的渗漏问题,PCESM具有良好的热性能㊁稳定性和耐久性㊂此外,国内研究者还通过不同的多孔无机吸附材料如水泥[10]㊁膨胀蛭石[11]㊁二氧化钛[12]㊁膨胀珍珠岩[13]等多孔材料开展了吸附石蜡的的研究,均取得了不错的效果㊂2㊀石蜡PCMs在建筑上的典型应用石蜡相变材料在建筑节能㊁电子设备控温㊁纺织品㊁太阳能和工业余热回收领域都有着广泛的应用㊂由于我国建筑行业巨大的体量以及在节能环保领域飞速发展的需求,建筑行业仍是石蜡相变材料的主要应用方向㊂石蜡相变材料由于具有合适的相变温度㊁相变潜热值,且具有良好的耐候性,是很有应用潜力的新型材料㊂国外研究者Kuznik等[14]对含60%微胶囊石蜡的PCM共聚物的复合墙板的数值模拟研究结果表明,石蜡复合相变材料在夏季可以显著降低室内温度,且复合墙板的最佳厚度为1cm㊂Alawadhi等[15]选取具有锥形孔的混凝土板并向孔中分别添加相变材料正十八烷㊁正二十烷和SUNTECHP116石蜡进行对比研究,实验结果表明,使用相变材料的屋顶比不用相变材料的屋顶的热通量要低39%,三种材料中又以正二十烷的表现最优㊂Castell等[16]构建了多个建筑隔间并在内部放置热泵以研究RT-27石蜡相变材料的节能效果,结果表明,在设定了隔间温度的条件下,使用RT-27+聚氨酯相变材料的隔间的能耗要比普通隔间(只使用聚氨酯)低15%,温度峰值低1ħ,证实了加入相变材料可以有效降低房间的能耗,且温度波动更小,热舒适度得到提升㊂国内研究者Zhu等[17]以石蜡㊁膨胀石墨和高密度聚乙烯进行配伍制备了双层复合相变材料墙板并分析其在湖北武汉冬夏季的节能效果㊂研究表明,双层PCMs墙的办公楼能耗分别在冬季和夏季降低17.8%和6.4%㊂该结构可以显著减少全年的能量消耗,冬季的节能效果尤为明显㊂闫全英等[18]使用48#石蜡与液体石蜡调配成PCMs材料,研究了不同调配比下的应用范围,研究结果表明,液体石蜡调配比高时,混合物的相变温度低,适合被动式相变墙体使用,液体石蜡调配比低时,混合物的相变温度高,适合主动式相变墙板使用㊂牛润萍等[19]对比研究了由40%聚乙烯与60%的石蜡封装而成的石蜡相变蓄热地板和干式地埋管地板两种供暖系统的节能效果,结果表明,相变蓄热地板能够显著降低室内温度波动,提高居住热舒适度㊂3㊀结论近年来,国内外研究人员在石蜡相变材料的改性以及封装工艺改进方面取得了一些进展㊂就改性工艺而言,采用改性技术尤其是碳材料改性的石蜡相变材料的导热系数更高㊁相变潜热更大;就封装工艺而言,采用胶囊封装工艺,获得了壁材机械强度更高㊁分布更均匀㊁环保安全性能更突出的相变微胶囊㊂对于石蜡相变在建筑材料领域的应用而言,石蜡相变储能建筑材料具有很好的应用前景,但是目前制约石蜡相变材料在建筑上应用的主要是成本过高的问题㊂未来通过解决上述问题,有望进一步推进石蜡相变材料在建筑材料领域的实际应用㊂参考文献[1]JESUMATHYS,UDAYAKUMARM,SURESHS.ExperimentalstudyofenhancedheattransferbyadditionofCuOnanoparticle[J].Heat&MassTransfer,2012,48(6):965-978.[2]XIAL,ZHANGP,WANGRZ.Preparationandthermalcharacterizationofexpandedgraphite/paraffincompositephasechangematerial[J].Carbon,2010,48(9):2538-2548.[3]MUSTAPHAK,LACHHEBM,GOSSARDD,etal.Improvementofthermalconductivityofparaffinbyaddingexpandedgraphite[J].JournalofCompositeMaterials,2016,50(19):2589-2601.[4]任学明,沈鸿烈,杨艳.膨胀石墨/石蜡复合相变材料的碳纳米管掺杂改性研究[J].功能材料,2019,50(6):8-12.[5]郭美茹,周文,周天,等.石墨烯/石蜡复合材料的热物理性能研究[J].工程热物理学报,2014(6):1200-1205.[6]ALUDINMS,AKMALSS,ABDULLAHMAB,etal.Preparationandcharacterizationofform-stableparaffin/polycaprolactonecompositesasphasechangematerialsforthermalenergystorage[J].MatecWebofConferences,2017,97:1094.[7]张秋香,陈建华,陆洪彬,等.纳米二氧化硅改性石蜡微胶囊相变储能材料的研究[J].高分子学报,2015(6):692-698.[8]SILAKHORIM,NAGHAVIMS,METSELAARHSC,etal.Acceleratedthermalcyclingtestofmicroencapsulatedparaffinwax/polyanilinemadebysimplepreparationmethodforsolarthermalenergystorage[J].Materials,2013,6(5):1608-1620.[9]KONGX,ZHONGY,XIANR,etal.Buildingenergystoragepanelbasedonparaffin/expandedperlite:preparationandthermalperformancestudy[J].Materials,2016,9(2):1-16.[10]杜银飞,刘谱晟,魏唐中,等.一种石蜡-水泥基定形相变材料的制备方法:CN110804422B[P].2020-11-24.[11]李金洪,黄凯越,邓勇.同时增强膨胀蛭石基复合相变材料稳定性和导热率的方法:CN110105923B[P].2020-08-04.[12]马晓春,刘延君,肖帆,等.一种二氧化钛包覆石蜡微胶囊相变储能材料及其制备方法:CN108300421A[P].2018-07-20.[13]方贵银,曹磊,单锋,等.微包裹相变蓄能材料及其制备方法:CN103146350A[P].2013-06-12.[14]KUZNIKF,VIRGONEJ,NOELJ.Optimizationofaphasechangematerialwallboardforbuildinguse[J].AppliedThermalEngineering,2008,28(11/12):1291-1298.[15]ALAWADHIEM,ALQALLAFHJ.BuildingroofwithconicalholescontainingPCMtoreducethecoolingload:Numericalstudy[J].EnergyConversion&Management,2011,52(8/9):2958-2964.[16]CASTELLA,MARTORELLI,MEDRANOM,etal.ExperimentalstudyofusingPCMinbrickconstructivesolutionsforpassivecooling[J].Energy&Buildings,2010,42(4):534-540.[17]ZHUN,HUN,HUP,etal.Experimentstudyonthermalperformanceofbuildingintegratedwithdoublelayersshape-stabilizedphasechangematerialwallboard[J].Energy,2019,167(JAN.15):1164-1180.[18]闫全英,阮振邦,霍冉.添加相变材料对热水供暖墙板传热性能的影响研究[J].建筑科学,2013,29(12):35-38.[19]牛润萍,徐小龙.主动式太阳房相变蓄热地板供暖实测研究[J].建筑科学,2013,29(8):49-52.(本文文献格式:李娜,于恩强.石蜡相变材料在建筑领域的研究与应用进展[J].山东化工,2021,50(9):57-58.)㊃85㊃SHANDONGCHEMICALINDUSTRY㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2021年第50卷。
相变微胶囊单体熔化过程的数值模拟研究

- 20 -高 新 技 术0 引言相变材料(Phase Change Material,PCM)通过吸收/释放潜热以储存能量,可实现能量在时空上的转换,缓解能源危机。
目前,将胶囊封装技术应用于相变材料领域是国内外的研究热点。
与普通相变材料相比,相变材料微胶囊化可以增加传热面积、减少与外界环境的反应。
相变微胶囊具有良好的储热调温特性,可应用于建筑节能、控温包装等领域。
相变过程包含多种复杂的热物理现象,相变微胶囊尺寸很小,而传统实验基本难以观测到微胶囊内部的相变,采用数值方法可以有效解决这一难题。
热焓法是被广泛应用的一种数值方法,它是以温度与焓值作为变量,在整个区域内建立统一的能量方程求解。
叶会文等运用热焓法研究了相变微胶囊的蓄热特性,发现相变微胶囊的换热效率高,适用于小温差的储热系统[1]。
戴晓丽建立了单个相变微胶囊凝固过程的模型,得到胶囊粒径、ste 数等对胶囊相变过程的影响规律[2]。
郝睿研究了相变微胶囊的壁材对相变过程的影响,发现微胶囊壁材的厚度和导热系数对相变过程有着很大影响[3]。
在相变微胶囊的传热过程研究中,目前较少有在微米尺度上预测相变微胶囊内的温度分布、固/液界面等瞬态现象,系统地分析了胶囊粒径、壁材的厚度、壁材的导热系数对相变过程的影响。
该文以芯材是石蜡、壁材是密胺树脂的相变微胶囊单体为研究对象,运用热焓法对相变微胶囊的熔化过程进行了数值模拟,预测了微胶囊内的物相分布情况,研究了胶囊粒径、囊壁厚度、壁材的导热系数对相变传热过程的影响,为相变微胶囊在控温包装领域的设计和应用提供了理论指导。
1 模型的建立采用Fluent 软件进行模拟仿真。
下面介绍其物理模型和计算过程。
1.1 物理模型图1为石蜡相变微胶囊的电镜扫描微观结构图,选取其中的一个单体进行研究,其示意图如图2所示,微胶囊外壁面温度恒定。
为了简化计算,对相变微胶囊模型进行5条假设。
1)相变微胶囊的囊壁、相变芯材具有均质和各向同性。
利用硅氧烷聚合物作为相变材料合成石蜡微胶囊

利用硅氧烷聚合物作为相变材料合成石蜡微胶囊Witold Fortuniak&Stanislaw Slomkowski&Julian Chojnowski&Jan Kurjata&Adam Tracz&Urszula Mizerska摘要乳化法适用于合成作为正二十烷微胶囊涂覆原料的聚硅氧烷。
此方法需要使用到芯壳石蜡微胶囊的球体或扭曲的球体的分子结构,并使其用作于相变材料。
微胶囊合成正二十烷的原理是把一个普通溶剂改性的聚二甲基硅氧烷与水混溶。
该聚硅氧烷是在乙烯基甲硅烷基和烷氧基的功能上附加乳化石蜡,同时它也包含了铂(0)催化剂。
在原位交联中,形成乳化稳定的微胶囊和聚硅氧烷壳再加之外壳生成的硅烷醇基团提供的胶体在水中稳定的微球。
实验中使用DSC和扫描电镜(SEM)扫描微胶囊,并用光学偏光显微镜进行研究。
通过热光分析(TOA)对结果进行分析。
关键词:相变微胶囊,超微胶囊,微胶囊相变材料,聚二甲基硅氧烷,微胶囊,卡尔施泰特催化法前言如今,相变材料中(PCM)出现的次数越来越多,它通常的使用是从固体到液体,因为液固相具有大的热效应。
它们是常用作于温度调节,热能存储,和冷却。
他们在许多其他应用程序中都有使用。
例如服装纺织行业中的使用[1-5]。
在衣服中加入在PCM,可以改变其中的相变温度,舒缓外界热峰的吸收和释放的热能量。
它给人感觉到舒适保护效果。
工作人员可以在恶劣温度条件下抵御蒸发散热及冲击。
链烷烃,线性链的饱和烃与熔融结晶相当于人类保持温度机制。
(例如,二十烷)经常被用作于代替PCM[6-8]。
重要的是,它们具有很高的潜热融合,这些代表了高热量的能力。
他们的熔融温度取决于的烃链的长度,所以它可以很容易地调整到必要的温度范围。
此外,石蜡化学是热稳定和生理上中和改性。
虽然形式上多种多样,如大容量的相变材料,片状和颗粒分散在矩阵上是最方便的形式,它们在纺织工业中使用的是微胶囊[9,10]。
原位聚合法制备相变材料微胶囊及其致密性

胶囊热失重温度得到胶囊壁破裂时的温度。采用压力法观察微胶囊受力后的形貌,对其强度进行评价。采用752
型紫外分光光度仪对微胶囊壁渗透性进行表征。实验结果表明:微胶囊呈球形,平均粒径小于5肛m,固化剂滴加
速度为0.8 mL/min时微胶囊形貌最好。当尿素质量为反应总单体质量的20%时,与不加尿素相比,微胶囊热失
将一定量的三聚氰胺、尿素、甲醛和水混合 (三聚氰胺和尿素摩尔比如表1所示),加入三乙醇
胺调节溶液pH值为8~9,加热70。C直到全部溶 解,得到预聚体。
将0.8 g NaOH和4 g系统调节剂苯乙烯一马来 酸酐加入80 mL去离子水中,在60℃下加热1 h后 调节溶液pH值为4~5。然后将准备好的相变材 料倒入上述溶液中,在QSL型高剪切混合分散机中 高速乳化一定时间。将乳化好的乳液倒入500 mL 三口瓶中,在搅拌条件下缓慢滴加上述制备的预聚 体。然后滴加固化剂并升温80℃固化2 h,冷却至 室温,加入适量过硫酸胺除去游离甲醛,洗涤、干 燥即得微胶囊粉末。 1.3测试方法
2.Environmental Management College of China,Qinhuangdao 066004,China)
Abstract:Through the in—situ polymerization method,a kind of phase change materials microcapsule was prepared by using melamine—urea—formaldehyde resin as the shell material and a phase change material as the core,of which the melt point and phase change enthalpy are 24"C and 225.5 J/g respectively.The penetrability and strength of mi— crocapsule were investigated by altering the mole ratio of urea to melamine.The thermal damage mechanism is that the phase change materials leak out from the microcapsule when they are heated,and the breakage of the shell was due to the thermal expansion of the core and shell materials at high temperature.The damage temperature of the mi— crocapsule shell can be obtained by TGA.The strength of the shell was evaluated through observing the surface change under pressure by mean of scanning electron microscopy.The penetrability of the microcapsule was charac— terized in ethyl alcohol by mean of 752 spectrophotometer.As a result,the average diameter of the microcapsule is smaller than 5扯m,and the particle size is centralized when the dropping rate of the solidifying solvent is less than 0.8 mL/min.The mass loss temperature of the microcapsule can be further enhanced up tO 30。C while the reaction system contains 20%(mass fraction)urea.The microcapsules do not rupture under a pressure of 6.0 MPa,and the core material leaks out very slowly from the microcapsule in ethyl alcoh01. Keywords: microcapsule;phase—change material;in—situ polymerization;strength;penetrability
相变微胶囊的研究现状及其应用前景
相变微胶囊的研究现状及其应用前景能源是人类发展的基础,近年来以化石原料为主的能源供给造成了能源危机和环境污染等问题,并且引起了广泛的关注,因此提高能源的利用效率成为当前迫切解决的问题。
相变材料指的是随外界环境温度发生变化,相变材料吸收或者释放能量发生相态转变,并且提供大量潜热的物质。
目前相变材料的分类按照相态可以分为固-固、固-液、固-气和气-液,其中固-液相变材料在相变过程中有熔融和结晶两个过程,通过吸收和释放一定的热量,可以实现对能量存储和释放,因此应用最为广泛。
相变材料根据物质的化学组成主要分为有机类相变材料和无机类相变材料[1]。
有机类相变材料主要是石蜡和脂肪酸类等;无机相变材料主要是无机水合盐和金属类。
相变材料根据相变温度不同,分为低温相变材料(低于80 ℃)、中温相变材料(80 ℃~180 ℃)和高温相变材料(180 ℃~2000 ℃)。
2相变微胶囊的简介及其制备方法微胶囊技术指的是利用无机材料或者高分子材料将相变材料包封形成具有核壳结构的微胶囊,外层的壳材对内层的相变材料起保护作用,提高了相变材料的稳定性和重复利用率。
相变微胶囊的制备方法一般分为物理法、化学法和物理化学法[2-3]。
物理法主要是核物质交换法和凝聚相分离法等;化学法有原位聚合法、界面聚合法、乳液聚合法等;物理化学法主要有喷雾干燥法和静电吸附法等。
总的来说,化学法是目前制备相变微胶囊的主要方法。
2.1原位聚合法原位聚合法指的是壁材单体和引发剂全部置于芯材相变材料乳化液滴的表面,聚合反应在液滴表面进行,随着单体聚合反应的进行,预聚体逐渐的沉积在芯材表面,将相变材料封装起来。
单旭涛[4]等采用原位聚合法,选用石蜡为芯材,三聚氰胺-甲醛为壁材,在高速乳化作用下,制备得到表面光滑,粒径均一的相变微胶囊。
汪海平[5]等利用原位聚合法,以正十八烷为芯材,以密胺树脂为壁材,十二烷基苯磺酸钠作为乳化剂,通过高速乳化得到了粒径150μm左右的相变微胶囊。
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2 . C o l l e g e o f Ma t e i r a l s S c i i r n g , N a n j i n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o y, g Na n j  ̄ n g 2 1 0 0 0 9 , J i a n g s u , C h i n a )
d u i r ng p r e p ra a t i o n o f mi e r o e a p s u l e ma t e i r a l s , s o l i d c o n t e n t h a s b i g i mp a c t t o t h e s y n t h e t i c e n c a p s u l a t i o n ,a n d s h o u l d b e c o n t r o l l e d
关键词: 建筑节能: 相变材料; 微胶囊; 密胺树脂 ; 石蜡 中图分类号: K T 5 1 2 文 献标 识码 : A 文 章编 号 : 1 0 0 1 — 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 0 5 — 0 0 3 7 — 0 5
S y n t h e s i s a n d p r o p e r t i e s o f p h a s e - c h a n g e n mt e r i a l s mi c r o c a p s u l e s o f p a r a in f - me l a mi n e r e s i n
wi t h i n t h e r a n g e f r o m 1 0 % t o 1 5 % ,a t t hi s t i me ,i t h a s l i t t l e e f f e c t o n t h e t h e ma r l p r o p e  ̄i e s , wr a p p e d e fi c i e n c y a n d s u r f a c e mo t — p h o l o y g o f t h e c a p s u l e ma t e r i a 1 .Th e mo r e s u i t a b l e mo l a r r a t i o i s 1 : 3 a t t h i s e x p e ime r n t .At t h i s r a t i o , t h e mi c r o c a p s u l e s h s s a mo o t h a n d d e n s e s p h e ic r a l s u l  ̄ a c e ,n o a g g l o me r a t i o n ,g o o d d i s pe r s i b i l i t y a n d n o d e f e c t s .T h e e n c a p s u l a t i o n e f f i c i e n c y i s 71 : 0 0%.
摘要 : 通过改变密胺树脂 的固含量 、 三聚氰胺一 甲醛的摩尔 比来观察其对石 蜡一 密胺树脂 微胶囊 的储热性 能、 包裹效率 以及表
观形貌的影响情况。研 究表 明, 在制备石蜡一 密胺树 脂微胶 囊相变材料过程 中, 固含量对合成胶囊化有很大影 响, 最好控制在 1 0 %一
1 5 %, 此 时胶囊材料 的热性能 、 包裹效率 以及表面形貌 影响不大 ; 较合适 的摩尔 比为 1 : 3 , 此条件下合成 的微胶囊材料产 品呈球形 , 表 面光滑致密、 无团聚现象, 分散性 良好且无缺 陷, 对芯材石蜡的包裹效率 为 7 1 . 0 0 %。
Ab s t r a c t : B y c h a n g i n g t h e s o l i d c o n t e n t o f me l a m i n e r e s i n a n d m e l a mi n e - f o r ma l d e h y d e mo l a r r a t i o n ,o b s e r v e t h e i mp a c t f o
N G X i a o s h u , Z HO U S h i j i e , L U L e i , L I S h  ̄i n
( 1 . C h a n g z h o u Ke y L a b o f C o n s t r u c t i o n En g i n e e r i n g S t r u c t u r e a n d Ma t e ia r l Pr o p e r t i e s , C h a n g z h o u I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y, C ha n g z ho u 21 3 0 0 2, J i a n g s u, Ch i n a ;
新 癯 建蟓
中 国 科 技 核 心 期 刊
石蜡一 宙胺槲 脂 微胶囊相 变材料 制备与 I I  ̄ | E 砜 究
蒋 晓曙 , 周 世界 z , 陆雷 , 李 书进
[ 1 . 常州市建设工程结构 与材料性能研究重点实验室 ( 常州工学院) , 江苏 常州 2 . 南京工业大学材料科学与工程学院, 江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ] 2 1 3 0 0 2
t h e h e a t s t o r a g e p r o p e r t i e s o f t h e p a r a f f i n -me l a mi n e r e s i n mi c r o c a p s u l e s ,p a r c e l s e f i c i e n c y a n d mo r ph o l o y .Th g e r e s u l t s s h o w t h a t