侧链可结晶的聚丙烯酸酯囊壁相变材料微/纳胶囊

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相变材料(PCM)是二十世纪七十年代以后被开发应用的一种节能环保材料,也是一种清洁、可循环使用的储能材料。相变材料微胶囊(MicroPCMs)和相交材料纳胶囊(NanoPCMs)是一种采用高分子、金属或非金属材料等包覆的PCM且具有核壳结构的微粒,在太阳能系统、建筑材料、智能纺织品等领域有着广泛的应用前景。然而,众多研究表明,MicroPCMs和NanoPCMs在降温过程中PCM的过冷结晶(Supercooling crystallization,SC)使得MicroPCMs和NanoPCMs的放热过程在更宽温度范围或更低温度下发生,严重影响了储能作用的发挥。至今,SC仍是制约微胶囊实际应用的重要因素之一。通过添加不同种类和数量成核剂的方式可以在一定程度上抑制MicroPCMs的SC,但是,研究表明其结果并不理想。因此,必须寻求一种新方法来抑制MicroPCMs和NanoPCMs的SC。  本论文以不同碳原子个数的正构烷烃为囊芯,通过类悬浮聚合法和细乳液聚合法制备了一系列不同囊壁组成及烷基链长度的侧链可结晶的聚丙烯酸酯囊壁MicroPCMs和NanoPCMs。采用一系列分析测试手段对MicroPCMs和NanoPCMs的结构与性能进行了研究分析,结果表明:  1、当MicroPCMs粒径较小(平均粒径d<2.5μm)时,以聚甲基丙烯酸甲酯为囊壁的MicroPCMs和NanoPCMs在降温过程中出现了明显的SC,NanoPCMs的粒径越小,其过冷度越大;  2、制备了一系列侧链可结晶的聚丙烯酸酯囊壁的MicroPCMs和NanoPCMs,其平均粒径分别为0.92~1.93μm和368~381 nm;随着(甲基)丙烯酸长链烷基酯摩尔含量或其烷基链长度的增加,MicroPCMs和NanoPCMs的SC得到明显抑制或消除,且其热稳定性进一步提高;  3、当囊芯正构烷烃碳原子数(N)变化时,结晶烷基侧链囊壁的碳原子个数(M)对微胶囊的SC有重要影响,当N-M≥2时,侧链可结晶囊壁导致MicroPCMs具有更大的过冷度;当M>N时,含少量的(甲基)丙烯酸长链烷基酯的可结晶囊壁即可有效的抑制MicroPCMs的SC。  4、提出了侧链可结晶的聚丙烯酸酯囊壁对MicroPCMs和NanoPCMs中SC的抑制机理:侧链可结晶的囊壁上整齐排列的可结晶烷基长链分子层能够作为正构烷烃的结晶模板或成核点,降低正构烷烃的成核能垒,促进其进行异相成核结晶,进而抑制或消除相变材料微/纳胶囊的SC。
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