石蜡微囊化相变材料制备及性能研究

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近年来,能源危机和环境污染问题已成为人类面对的共同问题,相变材料(PCMs)在相变过程可以达到存储和释放热能的目的,PCMs的使用成为提高能源利用率和减少环境问题的有效手段。固-液相变材料具有较宽的相变温度范围,较高的储热密度,经济环保等优点,成为目前的研究热点。但是固-液相变材料在使用过程中存在易泄漏的问题,常用的解决方案是通过微胶囊技术制备成微胶囊相变材料(MPCMs)。本文分别以有机材料和无机材料作为壁材制备石蜡微胶囊,再将微胶囊与磷石膏复合制备复合材料,并对微胶囊和复合材料的性能进行了研究。(1)采用复凝聚法制备了以明胶和海藻酸钠为壁材,石蜡为芯材的相变微胶囊,考察了明胶与海藻酸钠的质量比(壁材配比),芯材与壁材的质量比(芯壁比),Ca Cl2溶液体积,乳化时间,复凝聚时间和HAc溶液体积对微胶囊的包覆率和包覆效率的影响,并对微胶囊的结构、形貌和热性能进行表征和分析。结果表明,最优工艺条件为壁材配比为3:0.75,芯壁比为1.5:1,Ca Cl2溶液体积为50 m L,乳化时间为60 min,复凝聚时间为30 min以及HAc溶液体积为8m L,在此条件下得到的MPCM的包覆率和包覆效率分别为82.12%和83.61%,MPCM具有球形结构,但微胶囊之间出现黏连现象,热重分析仪(TGA)结果表明,微胶囊具有良好的热稳定性。(2)采用原位沉淀法制备以Zn O为壁材、石蜡为芯材的相变微胶囊,考察了乳化剂用量、石蜡用量、吸附时间、乳化速率、100 m L乙酸锌溶液滴定完所需的时间(滴定时间)对微胶囊的包覆率和包覆效率的影响,并对其结构、形貌和热性能进行表征和分析。结果表明,最优工艺条件为乳化剂用量为1.4 g、石蜡用量为10 g、吸附时间为180 min、乳化速率为800 r/min、滴定时间为60 min,在此条件下得到的MPCM的包覆率和包覆效率分别为41.20%和40.06%,其熔融温度和熔融潜热分别为59.3°C、63.62 J/g,石蜡的微胶囊化过程不会改变石蜡和Zn O的化学结构,MPCM是表面粗糙的球形结构,且石蜡的微胶囊化对石蜡起到了一定的保护作用。(3)经过TGA和抗压强度结果确定磷石膏的预处理条件为:160°C恒温干燥3 h,缓凝剂用量为磷石膏用量的0.04%。将制备得到的明胶/海藻酸钠包覆石蜡相变微胶囊与处理过的磷石膏直接掺混得到相变储能磷石膏基复合材料。结果表明,随着MPCM掺混量的增加,复合材料的相变潜热随之增加,但抗压强度不断下降,且MPCM和磷石膏之间只是简单的物理混合,没有发生化学变化,制备得到的复合材料具有良好的储放热性能。
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