相变微胶囊材料的制备及性能研究

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能源是人类生存和发展的基础,是社会进步发展的动力,建筑能耗是我国面临的主要能源问题之一,将相变材料应用到建筑领域可以提高能源使用效率,降低建筑能耗。很多相变材料在相变过程中会发生泄露现象,直接作为建筑材料使用有诸多不便,因而需要将相变材料包封起来。微胶囊技术是将微量物质包裹在聚合物薄膜中的技术,是一种储存固体、液体、气体的微型包装技术。将相变材料利用微胶囊技术包封起来形成一种新的材料叫做相变微胶囊材料。  针对目前在实际应用中的相变微胶囊材料普遍存在的产率较低、储热性能较差的问题,本论文采用原位聚合法制备相变微胶囊材料,并在成功制备了石蜡-脲醛树脂微胶囊、石蜡-密胺树脂微胶囊基础上,以三聚氰胺和尿素为复配单体对相变微胶囊进行改性研究,提高相变微胶囊材料的产率和储热效率。系统研究了乳化剂的种类、NaCl加入量、pH值、芯壁比、预聚体的固含量和摩尔比等因素对相变微胶囊材料制备过程、表面形貌、粒度分布、储热性能的影响,并对影响机理进行了探讨。  以尿素、甲醛为原料,脲醛树脂作为预聚体溶液制备石蜡-脲醛树脂微胶囊材料的最佳工艺参数为:采用OP乳化剂,乳化剂用量为芯材的5%,NaCl加入量为体系质量的10%,体系最终pH值为2~3,芯壁比为2∶1,预聚体的固含量为15%,尿素-甲醛摩尔比2∶3。用差示扫描量热法(DSC)、扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)对微胶囊材料进行表征分析,结果显示:微胶囊材料的表面光滑,颗粒基本呈圆形,粒径小而平均,分散效果良好;微胶囊材料实现了对石蜡的包裹,有两个相变熔融峰,其中主要相变峰的相变温度为53.2℃,相变焓为53.064J/g,包裹效率为55.2%。  以三聚氰胺、甲醛为原料,密胺树脂作为预聚体溶液制备石蜡-密胺树脂微胶囊材料的最佳工艺参数为:采用OP乳化剂,乳化剂用量为芯材的5%,NaCl加入量为体系质量的10%,体系最终pH值为3,芯壁比为2∶1,预聚体的固含量为10%~15%,三聚氰胺-甲醛的摩尔比为1∶3。用差示扫描量热法(DSC)、扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)对微胶囊材料进行表征分析,结果显示:相变微胶囊材料表面光滑,颗粒基本呈圆形,粒径小而平均,分散效果良好;微胶囊材料实现了对石蜡的包裹,有两个相变熔融峰,其中主要相变峰的相变温度为53℃,相变焓为68.252J/g,包裹效率为71%。  以尿素和三聚氰胺作为复配单体来改进胶囊的包裹效率,所制得的相变微胶囊材料在储热性能和表面形貌上都取得了良好的效果,并且产率和包裹效率得到很大提升,当尿素和三聚氰胺的摩尔比为3∶4时,包裹效率高达80.3%。相变微胶囊材料具有存储热能,调节温度的能力,将其应用到建筑围护结构中,可以降低建筑能耗,在发展生态建筑领域具有广阔的应用前景。
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