无机芯微胶囊相变储能材料热物性研究

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1、传热传质学编号：123030中国工程热物理学会学术会议论文无机芯微胶囊相变储能材料热物性研究王婷玉，黄金(广东工业大学材料与能源学院，广东广州510006)(Tel:020-39322715,Email:huangjiner@126.com)摘要运用悬浮聚合一溶剂挥发法将无机水合盐相变材料(芯材)包覆在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)高分子聚合物(壁材)中形成无机芯相变储能微胶囊。采用相差显微镜观察了芯壁比、聚合时间、聚合温度对微胶粪表观形态的影响；扫描电镜(SEM)表征了超声波功率对微胶囊粒径人小的影响；差示扫描量热仪(DS

2、C)表征了不同有机溶剂对微胶囊相变温度及相变潜热的影响。实验结果农明，改性PMMA能将芯材七水合磷酸氢二钠(NazHPCX^HzO)良好包封，微胶囊形貌质量好，分散效果好,粒径分布较窄，平均粒径为6.0屮m当选用甲苯和丙酗作为冇机溶剂，芯壁比为1.5:1时，可以在相变温度51.51°C下达到142.9J/g的相变潜热。关键词微胶囊，相变储能材料，悬浮聚合一溶剂挥发法，水合盐，聚甲基内烯酸甲酯0前言能量的储存技术在节约能源和提高能源利用率上扮演十分重要的介色。因为自然界屮许多能源不可再牛，短期儿个小时的能量储存在许多应用中至

3、关重要，而长期的能量储存在某些应用领域也是需要的山。基于相变储能材料(PhaseChangeMaterials,PCMs)清洁、高效和可循环使用等特点，相变储能技术成为当前常用的储能方法。在实际应用屮以PCMs的固一液相变应用较多［铁为了防止固一液相变过程中的液体渗漏、体积膨胀、有腐蚀性、热稳定性差等问题，相变储能材料微胶囊化技术在近些年得到了广泛的关注叫微胶囊能够通过売材的隔断，减少芯材相变材料与外界环境间的反应，同时防止相变过程中微胶囊体积的变化⑷。微胶囊制备技术起源于20批纪5()年代，在7()年代屮期得到迅猛发展，

4、悬浮聚合法、溶剂挥发法在此得到了一定的研究。P.Chaiyasat等将一定比例的二乙烯苯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸甲酯等单体，与正十六烷和引发剂偶氮二异丁睛(AIBN)分散在PVA水溶液中，通过SPG膜分散制成乳液，氮气保护下70°C维持24h,得到正十六烷/二乙烯苯-丙烯酸甲酯微胶囊⑸。法国的Fabiensalaun等利用溶剂挥发法，讨论了不同溶剂对微胶囊制备的影响，并利用甲苯和氯仿作为有机溶剂，得到包封率68.4%并几分布均匀的Na2HPO4.12H2O/聚氨酯微胶囊⑹。刘太奇等以CaCl2-6H2O为芯材，将P

5、MMA溶解在乙酸乙酯小，采用高速乳化和溶剂挥发法，制备出无机芯相变储能微胶囊⑺。由于无机水合盐及其共晶盐存在严重的过冷和相分离两人难题，从而限制了其作为相变储能材料的应用。利用微胶囊化技术，将无机水合盐相变材料包裹在囊材中，可显著降低其过冷和相分离现彖，一方面，微胶囊内壁的高比表面枳为捉高芯材水合盐的成核速率创造了条件，从而降低其过冷度，另一方面，微胶囊的狭小空间对水合盐可能发住的相分离加以限制，克服相分离现象的发生。1实验部分1.1试剂十二水合磷酸氢二钠（Na2HPOyl2H2O）、内烯酸乙酯（EAA）、片更脂酸、过氧化

6、二苯甲酰（BPO）、聚丙烯酸钠、spanSO,天津人茂化学试剂有限公司生产：甲基丙烯酸甲酯（MMA）,天津市科密欧化学试剂有限公司生产；乙酸乙酯，丙酮，山氯化碳，氯仿,天津富宇试剂有限公司生产；甲苯，衡阳凯信试剂有限公司生产；以上试剂均为分析纯。去离了水自制。1.2制备1.2.1壁材MMA-EAA预聚体制备相变材料微胶囊需将芯材封装在薄EL具有弹性的聚合物外壳Z中，这样相变材料町以在發壁材料中从固态变成液态再还原凶。为了降低PMMA的脆性，改善加工性能，常添加5%〜20%第二单体丙烯酸乙酯（EAA）与甲基丙烯酸甲酯（MMA

7、）进行悬浮聚合[91,生成改性PMMA高分了聚合物作为壁材。将反应物料按比例遵从反应工艺条件加入后，MMA与EAA在有机溶剂的环境下发牛:悬浮共聚反应，生成壁材MMA-EAA预聚体作为微胶囊的囊壁材料，其反应方程如下式（1）所示。nh2c.；、^^cooch3+nH2C/COOCH2CH3cHch3Hrcooch3coonCH80~90°C「引发剂ch31.2.2Na2HPO4-7H2O/PMMA微胶囊制备2CH3(1)称取15gNa2HPO412H2O和5g去离子水，置于37"C恒温水浴中加热至熔融态状态。加入相对于芯材

8、质量2.5%的Span8（）和有机溶剂甲苯（或四氯化碳）混合均匀。将混合液在超声波细胞粉碎机屮物理分散20分钊形成乳浊液A。将事先准备好的MMA和EAA预聚体等溶液50niL挥发性有机溶剂内酮（或氯仿）混合，超声波细胞粉碎机中物理分散15分钟后形成混合液Bo将乳浊液A盛入三口烧瓶，将含有MMA单体的混合