微胶囊相变材料及其应用

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1、第20卷第5期高分子材料科学与工程Vol.20,No.52004年9月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGSept.2004X微胶囊相变材料及其应用叶四化,郭元强,吕社辉,陈鸣才(中国科学院广州化学所1122信箱,广东广州510650)摘要:微胶囊相变材料是将微胶囊技术应用于相变材料而形成的新型复合相变材料。文中介绍了微胶囊相变材料及其特性,并就微胶囊相变材料的结构组成、制备方法和应用领域分别进行了综述。关键词:相变材料;微胶囊技术;微胶囊相变材料中图分类号:TB34文献标识码:A文章编号:100027555(2004)0520006204相变材

2、料(PCM)在相变过程中能吸收和囊技术已广泛应用于化工、医药、轻工、农业等[6～8]释放大量的相变潜热,可广泛地应用于能量贮领域。存和温度控制领域,近20年来在欧美国家得到1.2微胶囊相变材料及其特性了迅速的发展。根据相变方式分类,相变材料可微胶囊相变材料(MCPCM)是应用微胶囊分为固2固相变材料和固2液相变材料;而按物技术在固2液相变材料微粒表面包覆一层性能质属性,可分为无机盐相变材料、有机小分子相稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的新型变材料和高分子相变材料。不同种相变材料分复合相变材料。MCPCM在相变过程中,作为别具有各自的特点,但都存在一定的应用局限内核的相变材料发生固液

3、相转变,而其外层的[1～5]性。高分子膜始终保持为固态,因此该类相变材料微胶囊相变材料(MCPCM)的研究是将微在宏观上将一直为固态微粒。MCPCM具有如胶囊技术应用到相变材料中而形成的新的研究下特性:(1)提高了传统PCM的稳定性。如传统领域。MCPCM从技术上克服了相变物质的应PCM稳定性差,易发生过冷和相分离现象。形用局限性,提高了相变材料的使用效率,拓宽了成微胶囊后,这些不足会随着胶囊微粒的变小相变材料的应用领域,具有广阔的应用前景。本而得到改善。(2)强化了传统PCM的传热性能。文综述了MCPCM的特性、结构组成、制备方MCPCM颗粒微小且壁薄(0.2Lm～10Lm),法、

4、应用领域及发展前景。提高了PCM的热传递和使用效率。(3)改善了传统PCM的加工性能。MCPCM颗粒微小,粒1微胶囊相变材料径均匀,易于与各种高分子材料混合构成性能1.1微胶囊技术[9,10]更加优越的复合高分子相变材料。微胶囊技术是一种运用成膜材料将固体或液体包覆成具有核壳结构微粒的技术,所得微2微胶囊相变材料的结构组成粒称为微胶囊。微胶囊的粒径通常在2Lm～微胶囊相变材料由内核和外壳两部分构1000Lm范围内,外壳的厚度在0.2Lm～10成。Lm范围内不等。微胶囊的外形多种多样,多为2.1内核材料球形。微胶囊技术起源于20世纪50年代,并在MCPCM的内核是固2液相变材料,它是以

5、后的几十年间得到了迅猛的发展。目前微胶MCPCM的核心,将直接影响产品的贮释热和X收稿日期:2002212202基金项目:国家自然科学基金资助课题(20174046),广东省自然科学基金资助课题(010530)作者简介:叶四化(1979-),男,硕士.联系人:郭元强.E2mail:yqguo@mail.gic.ac.cn第5期叶四化等:微胶囊相变材料及其应用7温控性能。目前,可作为微胶囊内核的固2液相化学反应。此外,外壳材料的熔点要高于内核相变材料有结晶水合盐、共晶水合盐、直链烷烃、变材料的相变温度和应用过程中可能遇到的最[1,2,4,11～14]石蜡类、脂肪酸类、聚乙二醇等。其中高

6、温度。根据以上要求,可选用的外壳材料有聚以结晶水合盐和石蜡类更为常用。结晶水合盐乙烯、聚苯乙烯、聚脲、聚酰胺、环氧树脂、脲醛是中、低温固2液相变贮能材料中重要的一类,树脂、三聚氰胺2甲醛树脂等。但这些材料的共它提供了融点从摄氏几度到100多度范围内可同缺陷是导热性能不好,在许多场合需加入导[15,17]供选择的相变材料。其相变原理为:当温度达到热剂如铜粉、铝粉等以增强其导热效果。熔解温度之上时,结晶水合盐完全脱去或部分3微胶囊相变材料的制备脱去结晶水形成非晶态盐或低水合盐的水溶到目前为止文献报道的微胶囊化方法很液,该溶解过程中,由于熵的增加而吸收热量;多,约200多种,主要可分为化学

7、法、物理化学温度降低时,结晶水合盐重新生成并释放出热法、机械加工法三大类,不同的制备方法所得到量。结晶水合盐具有贮热密度高、导热系数大、[6～8]的外壳的性能有所差别。适用于制备体积膨胀率小等优点,但也存在过冷和相分离MCPCM的方法主要是界面聚合法和原位聚合等不足,微胶囊化后这些不足会有所改善。法。石蜡类主要是由直链烷烃构成的混合物,3.1界面聚合法直链烷烃属于有机小分子低温相变材料,其熔界面聚合法制备MCPCM,首先要将两种点随分子链的增长而升高,但其