水合鹽微膠囊相變儲能材料的制備及其熱物性研究.pdf

1、能源與環(huán)境是當今世界的一大主題，儲熱技術(shù)對于提高能源利用效率和保護環(huán)境具有關(guān)鍵性作用。相變儲能材料可以解決能量供求在時間和空間上不匹配的矛盾問題，是提高能源利用率的有效手段。在太陽能利用、電力的“移峰填谷”、廢熱與余熱的回收利用、工業(yè)和民用建筑采暖和空調(diào)的節(jié)能領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。與此同時，微膠囊是運用成膜材料把固體或液體芯材相變材料包覆成具有核-殼結(jié)構(gòu)微粒，以克服其本身相泄漏、過冷和相分離等缺點，拓寬了相變儲能材料的應(yīng)用領(lǐng)域。本文選

2、用兩種不同的交聯(lián)單體反應(yīng)生成高分子聚合物作為囊壁材料，采用十二水合磷酸氫二鈉(Na2HPO4·12H2O，DSP)為芯材，分別運用不同的制備方法（溶劑揮發(fā)法，原位聚合法），制備出水合鹽微膠囊相變材料。本文討論了不同工藝參數(shù)對微膠囊熱物理性能的影響，并確定了最佳工藝參數(shù)組。對比研究了不同交聯(lián)單體所制備微膠囊的組成成分，表觀形貌及熱物理性能，總結(jié)出較好的微膠囊制備方法及工藝。最后，探究了微膠囊的包封形式對于芯材水合鹽過冷度的影響。
　

3、　 首先，本文采用5％-20％第二單體丙烯酸乙酯(EA)與第一單體甲基丙烯酸甲酯(MMA)進行交聯(lián)反應(yīng)，生成的改性高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)作為微膠囊的囊壁材料，運用溶劑揮發(fā)法成功合成了DSP@PMMA微膠囊相變材料。分析對比了不同工藝參數(shù)、材料配比、單體種類等對微膠囊熱物理性能的影響。其中聚合溫度和聚合時間對微膠囊表觀形貌具有較大的影響，并不明顯影響其粒徑分布。乳化功率，芯壁比以及有機溶劑種類都對微膠囊的性能產(chǎn)生較大影

4、響。結(jié)果表明，當聚合溫度約85℃，聚合時間240 min，乳化功率500 W時為微膠囊制備的最佳工藝參數(shù)。添加第二單體EA與MMA共聚后的改性PMMA能將芯材水合鹽良好包封，微膠囊形貌質(zhì)量好，分散效果好，熱穩(wěn)定性好，粒徑分布較窄，平均粒徑為6.0μm，芯壁比為1.5∶1時可在51.51℃時達到142.9 J/g的相變潛熱。
　　 然后，利用尿素與甲醛單體交聯(lián)反應(yīng)，生成的脲醛樹脂(UF resin)作為囊壁材料，運用原位聚合法成功

5、合成了DSP@UF resin微膠囊相變材料。結(jié)果表明，微膠囊呈核-殼結(jié)構(gòu)，球體粒徑約為500 nm，相變溫度為41.5℃，相變潛熱達到121.2 J/g。尿素和甲醛的摩爾比對微膠囊的表觀形貌產(chǎn)生較大影響。微膠囊樣品導(dǎo)熱系數(shù)的大小介于芯材和壁材之間。此外，微膠囊在30-84℃溫度范圍內(nèi)質(zhì)量損失小于10％。
　　 同時，通過比較兩種不同單體交聯(lián)所制備微膠囊的熱物性能可知:DSP@PMMA微膠囊具有較好的傳熱性能和儲熱性能，但其表觀

6、形貌上出現(xiàn)了收縮和孔洞，這可能是由于制備過程中加熱環(huán)境下有機溶劑作用，使得囊壁材料出現(xiàn)部分溶解，這將導(dǎo)致多次冷熱循環(huán)過程中芯材物質(zhì)的泄漏，是目前丞待解決的緊迫問題。同時，DSP@UFresin微膠囊，具有良好的表觀性能和熱穩(wěn)定性。值得注意的是，所制備的兩種微膠囊相變溫度分別為51℃和41.5℃，比芯材原料上升了17℃和7.5℃，這是由于芯材與壁材間強大的界面交互作用以及芯材預(yù)處理過程中復(fù)雜的成分變化(Na2HPO4·12H2O失去結(jié)合水

7、穩(wěn)定形成Na2HPO4·7H2O)所導(dǎo)致。而相變潛熱相應(yīng)地降低，則是因為相較純芯材微膠囊包封率降低。最后，研究了微膠囊包封形式對芯材水合鹽過冷度的影響，結(jié)果顯示:純芯材Na2HPO4·12H2O出現(xiàn)了明顯的過冷現(xiàn)象，過冷度高達15℃。而兩種微膠囊都幾乎無過冷現(xiàn)象。其原因可能是壁材的包封為芯材Na2HPO4·12H2O提供了相對大的成核比表面積，從而加速了芯材的結(jié)晶。針對本文所采用的不同交聯(lián)單體所制備出的兩種微膠囊，它們均具有較好的熱物理