梳状聚合物相变材料微胶囊的制备与应用研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:zxcasd456
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相变材料(PCM)被认为是最有效的能量存储材料之一,因为它们可以通过相变几乎等温地存储或释放大量的热能,同时具有较高的储热容量和储能密度以及在能量释放期间温度变化较小。微囊化技术是将内部芯材封装到外部壁材中,以形成核-壳结构;或者是将内部芯材分散在整个壁材基质中,可用于保护特定的功能性内部芯材或者可控地将内部芯材释放到外界中。在相变过程中,熔融状态的PCM的导热率较低并且易泄漏,这限制了相变材料的应用范围。使用壁材封装PCM可以有效的解决这些缺点,此外,还可以增加热量传输区域、降低PCM对外部环境灵敏度并控制相变过程中的体积变化。但是,传统的合成聚合物壁材存在许多缺点,如不可再生、残余单体和有毒气体(例如甲醛)的释放,严重危害了环境和人类健康。为了减少微胶囊化相变材料过程中带来的环境污染并扩大其应用范围,本研究提出并讨论了一种环保型的微胶囊化封装相变材料的方法。选择天然的壳聚糖作为壁材,选择侧链可结晶的梳状聚合物聚丙烯酸十八烷基酯作为芯材。通过凝聚法进行微囊化包封,并讨论了不同芯壁比对微胶囊的形态结构、热性能的影响。FE-SEM和TEM用于研究微胶囊的形态和微观结构。TGA和DSC用于研究微胶囊的热力学性能。分析表明,微胶囊的包封率为49.8%~69.0%,热稳定温度为243.2℃。微胶囊采用天然原料,制造工艺绿色无毒,使其在医疗、医药、建筑、纺织和环境等领域具备广阔的应用前景。本研究进一步探讨了相变微胶囊在医疗领域的应用,选用绿色无毒的聚乙烯醇作为成膜基质,向其中掺杂不同比例的微胶囊,采用绿色无毒的制备方法,成功制备出了具有相变调温功能的聚乙烯醇膜。通过多种测定分析可知,相变微胶囊均匀的掺杂在聚乙烯醇膜中。当微胶囊含量为5%,10%,15%和20%的PVA薄膜的熔融峰的峰值温度分别为31.7℃,32.5 ℃,32.3℃和31.4 ℃。这表明制备出的PVA薄膜的相变温度接近人体的舒适温度,在医疗领域应用上具有独特的优势。此外,为进一步拓宽所制备出的相变调温的聚乙烯醇膜的实际应用范围,本文采用十三氟辛基三甲氧基硅烷作为疏水性改进剂对PVA膜的润湿性进行改善研究,并对其疏水性机理进行了相应探讨。将十三氟辛基三甲氧基硅烷与成膜基质充分混合后按照传统的制膜工艺进行膜的制备。通过多种测试分析得知,十三氟辛基三甲氧基硅烷可以明显提升PVA膜的疏水性。
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