石蜡相变微胶囊的制备及其储热性能研究

发布时间：2017-04-08 19:17

  本文关键词：石蜡相变微胶囊的制备及其储热性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相变微胶囊(MicroPCMs)是将相变材料(PCMs)装入微胶囊这个微小容器中，利用PCMs在相变过程中所具有的相变潜热来贮存和释放热量的功能性材料。MicroPCMs解决了固-液相变材料在相变过程中液体渗漏流淌的问题，使得PCMs的使用、贮存、运输更加方便。近年来，随着MicroPCMs的基础和应用研究不断深入,越来越多的被应用到热能贮存和温控领域。 本文分别以氨基树脂、正硅酸乙酯(TEOS)改性树脂为壁材，工业石蜡为芯材，，采用原位聚合法制备石蜡微胶囊。用红外光谱仪、扫描电子显微镜、综合热分析仪、差示扫描量热仪、纳米粒度分析仪等手段，分别对石蜡微胶囊的化学结构、微观形貌、热性能、粒径分布等性能进行了详细的表征与说明。研究了乳化剂种类、用量、复合乳化剂配比、芯壁材配比、包裹过程pH值、搅拌速度这些反应因素对石蜡微胶囊的表观形貌、相变潜热、包覆效率、粒径分布等性能的影响,优化了制备工艺。在以氨基树脂为壁材合成微胶囊的制备条件基础上，向高分子壁材中加入TEOS，对微胶囊的壁材进行改性。研究了TEOS的加入对微胶囊性能的影响,并对制备的微胶囊的化学结构、粒径分布、热稳定性、渗透性、融化潜热等特性进行了详细的研究。结果表明,壁材中适量加入TEOS可以增加微胶囊壳材交联度从而提高微胶囊的致密性和稳定性且微胶囊分散性更好。 利用自制双圆筒换热器模型，测试石蜡微胶囊的储能保温效果。微胶囊填充至圆筒间隙后，相当于一个保温层，因微胶囊内部囊芯石蜡为相变材料，在相变过程中以相变潜热的形式吸收或释放大量热量，直接影响小圆筒内部温度的变化趋势。对比空气、石英砂、岩棉的保温隔热效果曲线可知：石蜡微胶囊有较大的储能保温性能，有很大的推广应用价值。最后，利用圆筒装置测试微胶囊材料的导热系数，符合圆筒壁稳态热传导模型，且装置简单，制作成本低。
【关键词】：石蜡微胶囊 正硅酸乙酯 稳定性 储能保温 导热系数
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE626.86
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-9
• 图表目录9-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 相变材料11-15
• 1.1.1 相变储能材料简介11
• 1.1.2 相变材料的分类11-14
• 1.1.2.1 根据 PCMs 的化学成分11-13
• 1.1.2.2 根据 PCMs 的相变过程中的相态变化13-14
• 1.1.2.3 根据 PCMs 的相变过程中的温度变化14
• 1.1.3 相变材料的研究过程14
• 1.1.4 相变材料存在的问题14-15
• 1.2 相变胶囊材料15-24
• 1.2.1 相变材料胶囊简介15
• 1.2.2 相变微胶囊的作用原理15-16
• 1.2.3 微胶囊的主要优点16
• 1.2.4 相变微胶囊的制备方法16-18
• 1.2.5 选择微胶囊制备工艺时须考虑的因素18
• 1.2.6 相变微胶囊芯材和壁材的选择18-20
• 1.2.6.1 相变微胶囊芯材18-19
• 1.2.6.2 相变微胶囊壁材19-20
• 1.2.7 相变微胶囊的性能20-21
• 1.2.8 相变微胶囊的应用21-24
• 1.2.8.1 相变微胶囊在建筑围护中的应用21-22
• 1.2.8.2 相变微胶囊在热传流体中的应用22-23
• 1.2.8.3 相变材料微胶囊在纤维和纺织品中的应用23
• 1.2.8.4 相变材料微胶囊在电子元件冷却中的应用23-24
• 1.2.9 相变材料未来研究方向24
• 1.3 本论文主要研究内容24-25
• 第2章 氨基树脂石蜡微胶囊的制备工艺研究及性能表征25-39
• 2.1 实验部分25-27
• 2.1.1 实验原料25-26
• 2.1.2 实验仪器26
• 2.1.3 石蜡微胶囊的制备方法26-27
• 2.1.4 微胶囊的性能表征27
• 2.2 结果与讨论27-38
• 2.2.1 石蜡微胶囊的制备原理27-30
• 2.2.2 微胶囊制备条件的研究30-36
• 2.2.2.1 不同乳化剂对石蜡乳液形成的影响30-31
• 2.2.2.2 乳化剂配比对石蜡乳液形成的影响31
• 2.2.2.3 乳化剂用量对石蜡乳液形成的影响31-32
• 2.2.2.4 pH 值对石蜡微胶囊形成的影响32-33
• 2.2.2.5 乳化阶段搅拌速度对石蜡微胶囊形成的影响33
• 2.2.2.6 预聚体滴加速度对石蜡微胶囊形成的影响33-34
• 2.2.2.7 壁材芯材投料比对石蜡微胶囊形成的影响34-35
• 2.2.2.8 条件实验小结35-36
• 2.2.3 氨基树脂石蜡微胶囊的表征36-38
• 2.2.3.1 红外谱图分析36
• 2.2.3.2 热重分析36-37
• 2.2.3.3 扫描电镜分析37
• 2.2.3.4 粒径分析37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 正硅酸乙酯改性氨基树脂制备石蜡微胶囊及性能表征39-50
• 3.1 实验部分39-41
• 3.1.1 实验原料39-40
• 3.1.2 实验仪器40
• 3.1.3 正硅酸乙酯改性氨基树脂制备石蜡微胶囊方法40
• 3.1.4 微胶囊的性能表征40-41
• 3.2 结果与讨论41-49
• 3.2.1 复合壳材微胶囊的合成原理41-43
• 3.2.2 红外分析43-44
• 3.2.3 扫描电镜分析44-45
• 3.2.4 热重分析45
• 3.2.5 耐热稳定性45-46
• 3.2.6 DSC 分析46-47
• 3.2.7 在乙醇中的渗透性47-48
• 3.2.8 粒度分析48-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第4章 石蜡微胶囊储热节能效果研究50-58
• 4.1 实验部分50-52
• 4.1.1 实验装置50-51
• 4.1.2 实验方法51-52
• 4.2 结果与讨论52-54
• 4.3 稳态圆筒壁法测试相变材料的导热系数54-57
• 4.3.1 导热系数的测量54
• 4.3.2 圆筒壁装置测量微胶囊的导热系数54-57
• 4.3.2.1 稳态圆筒壁的稳态热传导和导热系数的关系原理54-56
• 4.3.2.2 DSC 测试比热的原理和方法56
• 4.3.2.3 圆筒壁装置测量微胶囊的导热系数方法56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 结论与展望58-60
• 5.1 结论58
• 5.2 展望58-60
• 攻读学位期间的学术成果60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67

【参考文献】

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本文编号：293521