氧化石墨烯导热增强十二醇相变微胶囊的制备与性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fenghuazz
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固液相变材料作为一种清洁能源材料,可以高效地在一定温度区间内存储和释放热能,但其在熔融状态下存在稳定性差、易泄露、易腐蚀等缺点,极大地限制了它在建筑节能、余热回收、太阳能收集、智能调温纺织等领域的推广应用。因此,探索能够解决固液相变材料现存问题的封装技术具有重要的实际意义,而将相变材料微胶囊化是一种有效手段。同时,相变微胶囊的导热性能决定其对环境的热响应效率,影响其实际应用价值。十二醇是一种成本低、相变潜热高且相变温度合适的有机固液相变材料,受到了研究学者们的广泛关注。本论文选择十二醇作为主要原料,在合成十二醇/聚甲基丙烯酸甲酯相变微胶囊的基础上,添加氧化石墨烯来增强相变储热微胶囊的导热性能;为了进一步增强十二醇微胶囊的整体导热性能,选择二氧化硅对十二醇芯材进行包封,并探究了氧化石墨烯对其相关性能的影响;最后,综合分析了两种壳材的十二醇微胶囊的制备工艺及性能,并对比它们的不同之处,为继续开发出综合性能优异的有机-无机复合相变微胶囊提供了一些参考。首先,采用微悬浮聚合法制备了以十二醇为核,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为壳的相变储热微胶囊,通过DSC探究了乳化剂、交联剂和核壳比等因素对微胶囊相变焓的影响。当乳化剂(SDS)用量为3 wt%、交联剂(DVB)用量为15 wt%、核壳比为1:1时,十二醇微胶囊的熔融相变焓为102.9 J/g。接着将氧化石墨烯(GO)添加至十二醇/PMMA相变储热微胶囊中,通过FTIR、DSC、SEM、TG和Hot Disk等测试分析了GO对微胶囊的影响。实验结果表明:在油相中添加0.4 wt%的GO能够使得微胶囊的导热系数提高44%,但是微胶囊的相变焓随着GO添加量的增加而减少。为了进一步提高十二醇微胶囊的导热性能,选择导热性能较好的二氧化硅(Si O2)作为壳材。采用溶胶-凝胶法制备了以十二醇为核,Si O2为壳的相变储热微胶囊,通过DSC和SEM探究了体系p H、乳化剂和核壳比等因素对微胶囊相变焓和形貌的影响。当滴加硅溶胶后反应体系的p H值为6~7、乳化剂用量为10 wt%、核壳比为1:1时,微胶囊的熔融相变焓为117.7 J/g,且微观形貌呈球状。随后,通过FTIR、XRD、Raman、DSC、SEM、TEM、TG和Hot Disk等测试分析了GO不同添加方式和添加量对微胶囊的影响。实验结果表明,采取M3添加方法对微胶囊的相变焓影响最小,当添加1.2 wt%GO能够使得十二醇/二氧化硅微胶囊的导热系数提高56.8%,且GO的存在能够减少芯材十二醇的泄露。最后,分析对比了两种壳材的十二醇相变储热微胶囊的制备工艺、微观形貌、包封率、导热性能和稳定性等。Si O2壳材微胶囊的制备工艺耗时是PMMA壳材微胶囊的4倍,但前者的导热系数与后者相比提高了54.5%,更利于十二醇芯材的热响应。将GO掺杂到两种壳材的微胶囊中,能有效地提高微胶囊的导热性能,但由于GO的添加方式不一样,GO对两种微胶囊的包封率和包封稳定性影响不一样。
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