复合芯材相变储能微胶囊的制备及性能研究

论文摘要

随着经济的不断发展,能源和环境污染问题已经日益凸显,我国“十一五”规划以来,国家也在不断地出台节能减排的一系列政策措施。相变储能技术是利用材料的相变潜热来实现能量的吸收、存储和释放,能有效地调节能量供需在时间和空间上的矛盾,因而在能源有效利用和节能领域成为近年的研究热点之一。固-液相变储能材料（PCMs）是目前研究最多的一类,然而直接制约其应用的关键问题是在使用过程中液态PCMs的泄漏问题,解决这一问题的主要方法之一就是采用微胶囊化技术将PCMs封装在壳体材料中。本课题采用一种改进的原位聚合法,以物理化学性质稳定、价格低廉的相变石蜡（相变温度范围3035℃,相变点33.46℃,焓值161.14 J/g）和硬脂酸正丁酯（相变温度范围2025℃,相变点23.18℃,焓值104.93 J/g）作为芯材,市场上广泛应用、化学稳定性良好的聚甲基丙烯酸甲酯作为壁材,制备复合相变储能微胶囊。通过光学显微镜和激光粒度仪对相变乳液的稳定性和粒度进行了分析,证明采用复合乳化剂Span-80/Tween-80可以制备长期稳定的相变乳液,粒度大约1.5μm;通过扫描电子显微镜和热重分析仪对不同芯材体系微胶囊（微粉）的表面形貌和包覆率进行了分析,对微胶囊包覆机理进行了研究,其粒径大部分在26μm之间;通过傅里叶红外光谱仪对微胶囊的化学结构进行了分析,研究结果表明,芯材和壁材没有发生化学反应,保证了芯材的相变储能功效;通过差示扫描量热仪和热重分析仪对芯材和微胶囊的热性能及循环性能进行分析,微胶囊的相变温度峰值28.91℃跟芯材（29.89℃）接近,相变焓值ΔHf为75.20 J/g（芯材焓值ΔHf为132.47 J/g）,包覆率最高可以达到77.36%,循环500次后,相变温度峰值几乎不变,相变焓值下降4.5%。本课题对相变微胶囊在建筑方面的应用进行了一定的探索,制备了相变调温石膏板,对其调温性能和热循环性能进行了测试,研究表明PCMs含量达到21.1 wt%的石膏板具有明显的调温性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相变材料概述
• 1.2.1 相变材料的分类
• 1.2.2 相变材料的选择
• 1.2.3 相变材料的应用
• 1.3 相变微胶囊技术简介
• 1.3.1 相变微胶囊制备方法及原理
• 1.3.2 相变微胶囊芯材壁材的选择原则
• 1.3.3 相变微胶囊的应用及研究进展
• 1.4 本课题立项依据及主要研究内容
• 第2章 相变微胶囊原料及方法的选择
• 2.1 实验仪器及药品
• 2.1.1 实验仪器及设备
• 2.1.2 实验药品
• 2.2 实验原料分析
• 2.2.1 芯材的选择
• 2.2.2 壁材的选择
• 2.3 制备方法的选择
• 第3章 相变微胶囊的制备及表征
• 3.1 相变微胶囊的制备
• 3.2 性能测试与表征
• 3.2.1 扫描电镜测试分析
• 3.2.2 红外光谱测试
• 3.2.3 DSC及TGA测试
• 3.2.4 激光粒度仪测试
• 3.2.5 高低温循环测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 微胶囊芯材性能分析
• 3.3.2 相变乳液性能分析
• 3.3.3 微胶囊的表面形貌分析
• 3.3.4 微胶囊的粒径及其分布
• 3.3.5 微胶囊的红外光谱分析
• 3.3.6 微胶囊的热性能分析
• 3.3.7 微胶囊的稳定性能测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 复合相变微胶囊应用探索
• 4.1 相变石膏板调温性能研究
• 4.1.1 相变调温石膏板的制备
• 4.1.2 相变石膏板的调温性能测试
• 4.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢