结晶二氧化钛包覆正二十烷相变材料的双功能微胶囊的合成、微观结构及性能研究

发布时间：2020-02-24 12:56

【摘要】：当今社会能源供给日益紧张,利用储能技术将热量暂时储存在热的或冷的物质中以供给以后需要是目前提高能源利用率的有效方法。相变材料(phase change materials, PCMs)因具有储放热近似等温和蓄热容量大的优点而在储能领域备受关注。实际应用中通常将相变材料封装在胶囊中,以避免其用于热能储存系统存在的固有缺陷,提高其热导率。相变微胶囊以其优异的抗压、控温、储热等性能,在纺织、建筑、生物医药以及军事等领域展现出十分广泛的应用前景。本课题采用具有独特性能的无机囊壁材料封装相变材料,成功合成双功能相变微胶囊,拓宽了微胶囊相变材料的应用领域。本文分别采用正二十烷作为相变芯材,结晶二氧化钛(TiO2)作为壁材,合成同时具有控温和光催化特性的双功能相变微胶囊,并用多种方式对产物进行结构观察、性能研究及功能表征。本课题的主要工作如下：1、采用十二烷基硫酸钠(SDS)为乳化剂、甲酰胺为溶剂、正钛酸四丁酯(TBT)为钛源、氟化钠(NaF)电解质为壁材结晶促进剂,在O/W反应体系中完成了正二十烷/结晶TiO2微胶囊的合成。2、改变核壳投料比获得一系列不同核壳质量比的正二十烷/结晶TiO2微胶囊相变材料。通过FT-IR、EDX和XPS验证其化学组成。在SEM及TEM下可观察到产物为球形“核—壳”结构,球大小在1.5～2.5μm左右,证明TiO2包覆正二十烷微胶囊相变材料的成功合成。DSC扫描证明所制备的微胶囊具有较高的储热能力,且相变材料的包覆效率和储能效率随着正二十烷/TBT质量比的增大而增大,材料的过冷度也较小。DSC升温—降温循环表明微胶囊封装后的正二十烷具有较好的耐久性。TGA测试结果表明封装后正二十烷的热稳定性提高,并且TBT比例越大,其热稳定性越高。3、探究NaF的添加量对二氧化钛囊壁的结晶形态与结晶度的影响。X射线衍射(XRD)测试结果表明,合成过程中不添加或添加少量NaF,产物的二氧化钛囊壁呈现无定形结构；增大NaF浓度,二氧化钛囊壁呈现板钛型。适当增大NaF的浓度,二氧化钛囊壁的结晶度越来越高；当NaF的浓度增大到一定浓度时,二氧化钛囊壁的结晶度不再变化。实验表明,NaF促进Ti02囊壁从无定型向板钛型的转变。4、微胶囊产物降解亚甲基蓝染料实验和抗菌性试验表明产物不仅具有良好的储热性能和耐久性,而且具有良好的光催化特性,是一种新型双功能微胶囊相变材料。
【图文】：

原位聚合法,反应方式

ｍ－ｉ）是两不溶相之间的表面张力。Ｓｄｎｃｈｅｚ等Ｐ９佣悬浮聚合法成功合成了一系逡逑列不同种类的相变微胶囊，其所用的芯材如正十四烧、正十九烧、固体石蜡，所用壁逡逑材为聚苯乙巧。图１－２为悬浮聚合微胶巧反应方式。逡逑原位聚合法（Ｉｎ－ｓｉｔｕ邋ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）：可溶性反应单体、引发剂均位于囊私液滴逡逑的内部或者外部，首先引发剂引发单体的聚合反应，，生成不可溶的聚合物，然后该聚逡逑合物在囊芯表面沉积并维续聚合，最终形成胶囊的外壳Ｗ１。常见原位聚合反应方式如逡逑图１－３所示，反应物Ｘ与反应物Ｙ、引发剂均洛于溶剂中，其中反应物Ｘ为X/巧，反逡逑应物Ｙ向分散相与连续相（溶剂）的界面移动，Ｘ与Ｙ在此接触发生聚合反应（Ｘ＋Ｙ），逡逑最终形成微胶囊。用于制备微胶囊外壁的氋分子反应如共聚、均聚、缩聚等都可使用逡逑原位聚合法【４１】。巧基树脂胶巧爱壁就是采用原位聚合的原理，聚合开始于水相，尺寸逡逑越来越大的聚合物发生沉积，并继续在水一洛剂界面聚合，最后形成巧度交联、致密逡逑性良好的氨基树脂胶o"囊壁。２１＾巧等［４２１采用原位聚合法合成了聚ｍ胺一尿巧一逡逑甲醒树脂为囊壁、正十八烧为囊芯的微胶囊相变材料，产物具有很商的包覆效率。逡逑１．４．２．２物理法逡逑物理法制备微胶满相变材料主要是将相变材料机械地浓缩在微胶囊壳中。其中

照片,核壳,透射电子,微镜

３．２．３_辜迹椋舨傻淖榉直碚麇义希常玻常备道镆侗浠缓焱夤馄祝ǎ疲裕╁义险攵孕静暮捅诓牡牟煌峁固氐悖圆锏暮焱夤馄捉蟹治觥Ｈ缤迹常端荆义掀渲校撸ǎ幔ⅲǎ猓ⅲǎ茫ⅲǎ洌ⅲǎ澹┓直鹞丝潜龋叮埃矗拔⒔呵伞ⅲ担暗辏拔⒔篨/、逡逑４０／６０微胶寞、纯二氧化株、纯正二十烧的红外光谱曲线－对比曲线（ａ）、（ｂ）和（Ｃ）逡逑可发现，Ｓ组微胶巧产物的红外特征峰十分相似。３５５２邋ｃｍ－ｉ，３４７６ｃｍ－ｉ和３４１７ｃｍ－ｉ处逡逑的强吸收峰是释基峰，其中３５５２邋ｃｍ—ｉ处是Ｔ似２表面}L基的伸缩振动吸收峰，３４７６邋ｃｍ’ｉ逡逑和３４１７邋ｃｍ－ｉ处是的特征吸收峰是微胶巧所含水的０－Ｈ伸缩振动吸收峰。２９６６邋ｃｍ－ｉ和逡逑１７３０邋ｃｍ－ｉ处是正二十烧中甲基的Ｃ－Ｈ的伸缩振动吸收峰。２９２３邋ｃｍ－ｉ和２８５２邋ｃｍ－ｉ处的逡逑峰是正二十烧中亚甲基的Ｃ－Ｈ的伸缩振动吸收峰，１６３４邋ｃｍ－ｉ和１４７０邋ｃｍ－ｉ处是亚甲基逡逑的Ｃ－Ｈ弯曲振动吸收峰，７２１邋ｃｍ－ｉ处是亚甲基面Qg摇摆振动吸收峰。上这些特征吸逡逑收峰与曲线（ｄ）纯正二十烧的吸收峰一致，表明傲胶巧中正二十抗的存在。观察曲逡逑线（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）和（ｄ）
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34

【参考文献】