环保型储能微/纳米胶囊的制备及其应用研究

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储能材料可以通过储存或释放热量来调节温度,在热量储存、温度控制等储能领域广受欢迎。利用微胶囊技术将固-液储能材料包覆在性能稳定、热塑性较高的高分子中,形成具有核壳结构的储能微胶囊,具有使储能材料与外界隔离和防止储能材料泄露等优点。储能微胶囊的这些优异特性,使得它得以广泛的研究,并广泛应用于纺织服装行业、建筑材料、食品储存等领域。但是传统的储能微胶囊一般以三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂等作为壁材,因此会存在甲醛残余的缺点,使其实际应用受到限制。如何制备环保、高焓值、低过冷度的储能微/纳米胶囊是一个具有巨大应用前景的研究课题。
  本文分别以1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯(HDDMA)和二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)单体发生聚合反应形成的聚丙烯酸酯为壳,储能材料石蜡烃(正十六烷、正十八烷)为芯材,采用界面聚合法制备出环保型储能微/纳米胶囊。对储能微/纳米胶囊的制备工艺进行探究,并开展抑制其过冷现象的研究。HDDMA和DPGDA单体的选用,克服了芳香族异氰酸酯水解产生苯胺的问题;同时纳米氮化铝作为成核剂,抑制了储能微胶囊的过冷现象。从而制备出环保、焓值高、过冷度低的储能微/纳米胶囊。本论文主要完成了以下三个方面的工作。
  (1)以1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯(HDDMA)自交联为壁材,正十六烷为芯材,用界面聚合法制备储能微胶囊。制得的储能微胶囊形状为球形,干态下表面略有凹陷,并且无聚集现象。储能微胶囊的粒度范围为3~12μm,平均粒径大约为5.18μm。正十六烷储能微胶囊的吸热峰温度为18℃,包埋率在89%~97%之间,说明其具有较高的储能能力,并且制得的储能微胶囊在150℃以下具有较好的热稳定性,可以满足大多数储能应用要求。
  (2)以二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)自交联为壁材、正十八烷为芯材,通过响应面法筛选工艺,利用界面聚合法制备高包埋率的储能纳米胶囊。通过优化芯壁比、超声时间、固化温度三个因素,制得平均粒径约为800nm的储能纳米胶囊,其形状为球形,略有凹陷。制得的储能微胶囊的包埋率为90.2%,说明其具有较高的储能能力。
  (3)添加0.9wt%成核剂纳米氮化铝的二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)储能纳米胶囊在差式扫描量热仪上显示降温曲线都为单峰,凝固放热温度较未添加成核剂的升高,因此储能纳米胶囊的过冷现象被很好抑制。此时纳米氮化铝为成核剂时,储能纳米胶囊的热稳定性比没有添加成核剂的储能纳米胶囊提高30℃,储能微胶囊添加成核剂后对形态无影响,依然为球形,储能微胶囊的粒径约为800nm。
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