微胶囊相变材料的制备及热性能研究

论文摘要

微胶囊相变材料是利用微胶囊的封装技术得到的定形相变材料,其中被包覆的相变材料通过融化凝固过程进行储放热。由于壁材为固体,所以微胶囊始终呈现为固体外观。微胶囊相变材料作为节能材料具有相变潜热大、相变过程近似等温、无腐蚀、无污染等优点。在太阳能存储、节能建筑材料、智能调温纤维、热功能流体和航空航天等领域有着广泛的应用。本文以硬脂酸丁酯为相变材料,蜜胺树脂为壁材,采用原位聚合法制备了微胶囊相变材料。研究了不同乳化剂种类和预聚体滴加速率对微胶囊形貌的影响。结果表明,乳化剂较好的组合方式为TA和司班80,添加质量比为5:1;预聚体的滴加速率以0.8ml/min-1.2ml/min为宜,通过控制这些条件,制备出了形态完整,壁材坚固的微胶囊。对微胶囊的储热性能进行了研究,微胶囊相变材料熔点和凝固点分别为25.80℃和25.61℃,相变焓值熔化过程为86.05J/g,凝固过程为54.16J/g,微胶囊经过100次冻融循环后仍具有较好的形态,具有良好的耐久性。以硬脂酸丁酯为相变材料,甲基丙烯酸甲酯为聚合单体,甲基丙烯酸烯丙酯作为交联剂,采用乳液聚合法制备了微胶囊相变材料。实验过程中研究了催化剂种类、聚合温度、乳化机转速和乳化剂类型对微胶囊的影响。结果表明,采用过氧化叔丁醇作为催化剂制备的微胶囊球形好,采用偶氮二异丁腈制备的微胶囊稍有粘连;甲基丙烯酸甲酯的适宜聚合温度为75℃;乳化机转速以3000rpm为宜;乳化时间10min;乳化剂采用TA、聚乙烯醇和聚丙烯酸钠的组合。进一步对微胶囊的储放热能力进行了测定,微胶囊相变材料熔点和凝固点分别为23.66℃和24.87℃,相变焓值熔化过程为93.37J/g,凝固过程为94.53J/g。以十四烷为相变材料,甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯共聚物为壁材,采用相分离法制备了微胶囊相变材料。研究了乳化剂类型、芯材与壁材不同配比及乳化机转速和时间对微胶囊的影响。结果表明,乳化剂采用TA与聚乙烯醇的组合,乳化机转速为3000rpm,当芯材所占质量分数为44.4%时,微胶囊球形好,表面无凹陷。微胶囊相变材料熔点为2.49℃,相变潜热熔化过程为90.61J/g,凝固过程为72.72 J/g。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 相变材料
• 1.1.1 相变材料分类
• 1.1.2 典型相变材料
• 1.2 微胶囊
• 1.2.1 微胶囊的结构
• 1.2.1.1 微胶囊的芯材
• 1.2.1.2 微胶囊的壁材
• 1.2.2 微胶囊的功能
• 1.2.3 微胶囊化方法
• 1.2.3.1 根据涂层包覆方法进行分类
• 1.2.3.2 根据悬浮介质的性质进行分类
• 1.2.3.3 根据微胶囊壁材的原料类别进行分类
• 1.3 微胶囊相变材料
• 1.3.1 微胶囊相变材料简介
• 1.3.2 微胶囊相变材料的制备方法
• 1.3.2.1 原位聚合法
• 1.3.2.2 界面聚合法
• 1.3.2.3 乳液聚合法
• 1.3.2.4 喷雾干燥法
• 1.3.2.5 复凝聚法
• 1.3.2.6 其它制备方法
• 1.3.3 微胶囊相变材料的应用
• 1.3.3.1 节能建筑领域
• 1.3.3.2 热功能流体领域
• 1.3.3.3 智能调温纤维领域
• 1.3.3.4 航空航天领域
• 1.3.3.5 军事领域
• 1.3.4 微胶囊相变材料的评价
• 1.3.4.1 与制备有关的评价
• 1.3.4.2 与应用有关的评价
• 1.4 展望
• 1.5 本论文的选题意义及研究内容
• 第2章 蜜胺树脂/硬脂酸丁酯相变微胶囊
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原理
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 实验仪器
• 2.2.4 实验步骤
• 2.2.5 测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 FT-IR 分析
• 2.3.2 ESEM 分析
• 2.3.3 乳化剂种类对微胶囊形貌影响
• 2.3.4 预聚体滴加速率对相变微胶囊形貌的影响
• 2.3.5 乳化机转速及乳化时间对微胶囊的影响
• 2.3.6 DSC 分析
• 2.3.7 相变微胶囊融化凝固过程分析
• 2.3.8 相变微胶囊冻融循环
• 2.3.9 相变微胶囊DTA 分析
• 2.4 小结
• 第3章 甲基丙烯酸甲酯/硬脂酸正丁酯相变微胶囊
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原理
• 3.2.2 实验试剂
• 3.2.3 实验仪器
• 3.2.4 实验步骤
• 3.2.5 测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 FT-IR 分析
• 3.3.2 ESEM 分析
• 3.3.3 不同乳化剂对微胶囊的影响
• 3.3.4 不同乳化转速和时间对微胶囊的影响
• 3.3.5 反应温度对制备微胶囊的影响
• 3.3.6 不同催化剂对制备微胶囊的影响
• 3.3.7 DSC 分析
• 3.3.8 熔化凝固曲线测定
• 3.3.9 DTA 分析
• 3.4 小结
• 第4章 P（MMA-ST）/TD 相变微胶囊
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原理
• 4.2.2 实验试剂
• 4.2.3 实验仪器
• 4.2.4 实验步骤
• 4.2.5 测试与表征
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 FT-IR 分析
• 4.3.2 ESEM 分析
• 4.3.3 DSC 分析
• 4.3.4 温度和时间对壁材制备的影响
• 4.3.5 不同乳化剂对制备的影响
• 4.3.6 不同相变材料加入量对微胶囊形貌的影响
• 4.3.7 不同乳化转速对微胶囊形貌的影响
• 4.3.8 共聚物中聚苯乙烯存在状态测定
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间取得的科研成果