十八烷酸相變微膠囊的制備與性能研究.pdf

1、能源問題日漸成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。儲能技術(shù)可用于解決能源在供求在時間和強(qiáng)度上的不匹配，提高使用效率，在太陽能利用、電力調(diào)峰、余熱的回收利用以及工業(yè)與民用建筑采暖與空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。利用相變材料的相變潛熱來實現(xiàn)能量的儲存和利用，是近年來能源和材料科學(xué)領(lǐng)域中一個活躍的研究熱點(diǎn)。 本論文研究了水玻璃硅氧結(jié)構(gòu)壁材包裹十八烷酸有機(jī)相變材料制備相變微膠囊的工藝參數(shù)，并進(jìn)一步研究了其表面強(qiáng)化技術(shù)。為探討相變材料在墻體內(nèi)合理

2、利用，建立了相應(yīng)的傳熱模型和實驗測試平臺，分析了相變—保溫復(fù)合結(jié)構(gòu)在反復(fù)升降溫下的溫度—時間響應(yīng)。在微膠囊的制備工藝、表面強(qiáng)化，以及相變材料在墻體結(jié)構(gòu)中的初步應(yīng)用幾個方面得到了以下主要研究成果： 1.微膠囊的制備工藝和關(guān)鍵參數(shù)控制：（1）確定了制備十八烷酸相變微膠囊的基準(zhǔn)配比為十八烷酸：水玻璃：鹽酸的質(zhì)量比為1：1：0.24，分別以化學(xué)純和工業(yè)級的十八烷酸為原料可以制備兩種相變微膠囊。結(jié)果表明，在沒有特定使用溫度的前提下，完全可以用工業(yè)

3、級的十八烷酸代替化學(xué)純原料以提高經(jīng)濟(jì)性。（2）將鹽酸和水玻璃均稀釋5倍時即可以很好的控制反應(yīng)的進(jìn)程；確定了實驗過程中各物質(zhì)的加入順序和反應(yīng)階段；確定了實驗過程中的pH值應(yīng)盡量控制在10-10.2之間；實驗制備過程中的最佳溫度應(yīng)控制在70℃。上述條件下可以得到包裹效果較好，粒徑分布均勻的相變微膠囊。（3）加入十八烷酸的20％的少量無水乙醇溶劑時，可以改善微膠囊的包裹性能，相變焓略有提高；但無水乙醇溶劑量超過十八烷酸的60％后會導(dǎo)致十八烷酸

4、微膠囊與水玻璃壁材分布不均勻，易產(chǎn)生相分離現(xiàn)象。 2.微膠囊表面強(qiáng)化技術(shù)：（1）用pH=3的鹽酸和醋酸進(jìn)行浸泡時，十八烷酸鈉會被還原為十八烷酸溶脹，破壞Si—O膜結(jié)構(gòu)包裹效果。本實驗制備的十八烷酸相變微膠囊不能用pH較低（pH=3）的酸溶液浸泡進(jìn)行表面強(qiáng)化。（2）在采用Fe3+對微膠囊表面進(jìn)行改性時，由于與壁材反應(yīng)程度較高，反而造成了一定的破壞；而采用Al3+改性時，可以對表面進(jìn)行有效增強(qiáng)。（3）在采用Ca2+對微膠囊表面改性時，Ca2

5、+與微膠囊中心裸露在外的十八烷酸反應(yīng)生成了十八烷酸鈣作為壁材的有效補(bǔ)充，表面強(qiáng)化效果較好。 3.相變材料在墻體節(jié)能中的初步應(yīng)用：（1）設(shè)計了一維條件下相變—保溫復(fù)合結(jié)構(gòu)的溫度—時間響應(yīng)測試平臺。在實驗條件下，PCM在中間位置時系統(tǒng)升溫和降溫時間由標(biāo)準(zhǔn)實驗的50 min和100 min延長至600 min和600 min左右，熱惰性最高；最內(nèi)層的溫度—時間響應(yīng)曲線顯示的蓄熱保溫效果也最好。并對結(jié)果作了熱電模型分析。（2）設(shè)計了三維