相变材料微胶囊制备及改性机理分析

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相变材料微胶囊(Micro PCMs)是以保护性囊壁材料包裹相变材料(PCMs)而形成的固态密封型颗粒,将相变材料用囊壁包裹形成微胶囊可以实现PCMs的永久固态化,解决PCMs使用过程中的泄漏及其与周围材料界面粘合性等问题。针对目前Micro PCMs制备过程中存在周期长及高耗能等环境问题、有机无机复合囊壁微胶囊制备工艺复杂且不易控制、传统原位聚合法胶囊化机理有待阐明,其密封性需要提升等问题,本文展开以下研究:(1)利用原位扫描电子显微镜监测观察法,详细阐明原位聚合法制备Micro PCMs的成囊机理,探明微胶囊表面纳米粒子形成原因及其调控方法。通过在囊壁中引入聚乙烯醇,成功制备高抗渗透性的1-十二醇微胶囊。(2)在界面聚合生成的聚氨酯和聚脲Micro PCMs内壁引发正硅酸乙酯原位生长合成无机二氧化硅内壁,成功地高效制备有机无机复合囊壁微胶囊。复合囊壁Micro PCMs具有良好的热致密性,热失重率分别相较纯聚氨酯Micro PCMs或聚脲囊壁Micro PCMs下降3.5%和2%,聚脲二氧化硅复合囊壁Micro PCMs热稳定温度提升17.4℃左右。(3)通过紫外光引发聚合制备以正十八烷为芯材、六官能团脂肪族聚氨酯丙烯酸聚合物为壁材的Micro PCMs。合成的胶囊具有完善的单一核壳结构,囊壁结构致密,其表面存在均匀分布的凹陷,随着光固化时间的增长,微胶囊表面结构变得更加完善更加光滑致密。2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧膦(TPO)的用量为单体量的8%,优化反应温度为40℃,UV光固化时间为30 min。(4)通过优化紫外固化工艺,以六官能团芳香族聚氨酯丙烯酸预聚体和双官能团芳香族聚氨酯丙烯酸预聚体作为成壁单体制备以1-十二醇为囊芯的Micro PCMs,并明确了对胶囊韧性的影响关系。通过调整助溶剂的亲水、亲油性可以调控胶囊表面生长纳米颗粒的数量,实现不同胶囊表面粗糙度的Micro PCMs的可控制备,这对调控其与应用环境的界面结合力提供了帮助。综上,本论文以制备高性能相变材料微胶囊为目标,系统研究了原位胶囊化机理、有机无机复合囊壁微胶囊、紫外光引发制备微胶囊及其表面纳米颗粒调控等,为高性能相变材料微胶囊制备和应用起到了重要推动作用。
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