基于控温包装的相变胶囊及其复合材料的制备与性能研究

发布时间：2017-12-23 17:20

本文关键词：基于控温包装的相变胶囊及其复合材料的制备与性能研究　出处：《江南大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来,随着市场对温度敏感产品在冷链物流运输特别是“最后一公里”中的配送质量要求的提高,无源冷链控温包装技术在实际工程应用中的意义日趋显著,其中,高性能的相变材料和保温材料在无源冷链物流中发挥重要作用。相变微胶囊因其可以解决或改善相变材料在实际应用中出现的泄露和分散性差等问题,已经成为研究工作者关注的热点。鉴于控温包装领域的特殊性,传统的相变微胶囊由于其易沾染性,不可回收性和相变储能效率低等问题,不适合应用于控温包装领域中。因此,设计和制备适用于控温包装领域的相变胶囊具有重要的实际意义和应用价值。本文以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和脲醛树脂(UF)两种典型的相变微胶囊壁材材料为基础,通过化学改性和物理共混掺杂,制备出适用于控温包装领域新型的功能性相变微胶囊和相变储能复合材料。研究内容主要包括:(1)以正十四烷为芯材,PMMA和UF两种材料为壁材,制备两种相变微胶囊样品。通过对两种相变微胶囊的形貌、化学结构、相变性能、热稳定性等各项性能的表征,对比分析两种相变微胶囊的性能差异以及导致原因,为下阶段的试验提供理论依据。选择不同类型乳化剂或复配型乳化剂组合进行相变微胶囊的制备试验,根据制备出的相变微胶囊各项性能的表征,选择最优的乳化剂,并应用于下阶段试验。(2)以海藻酸钙凝胶体为基材材料,PMMA和UF壁材相变微胶囊为芯材,制备了毫米级海藻酸钙相变大胶囊,并对其进行形貌、相变性能、热稳定性和力学性能进行表征分析。形貌分析结果表明,海藻酸钙凝胶体大部分存在于相变大胶囊表面,大胶囊内部海藻酸钙凝胶体没有明显改变大胶囊样品中微胶囊的形貌。相变性能分析结果表明,大胶囊相变潜热随微胶囊相变潜热的提高而升高,相变大胶囊样品最大包覆率为77.7%。热稳定性分析结果表明,海藻酸钙凝胶作为基材材料,大胶囊样品的芯材失重起始温度相比微胶囊样品得到了大幅提高。力学测试结果表明,大胶囊可以承受的平均压力为7N,在此压力下芯材不会发生泄漏。(3)以双官能团小分子N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)为交联剂,MMA和UF预聚体为原材料,制备了PMMA/NMA/UF混合壁材相变微胶囊,并对其进行了形貌,相变性能,热稳定性和相变储热性能的表征和分析。红外光谱分析结果表明,在NMA的交联作用下,MMA与UF预聚体之间发生共聚合反应,生成PMMA/NMA/UF交联大分子。形貌分析结果表明,混合壁材相变微胶囊同时具备UF壁材相变微胶囊的成形性和PMMA壁材相变微胶囊表面平滑的优点,其微观团聚现象和宏观结块现象与PMMA/UF比例和N-羟甲基丙烯酰胺的添加量有关。相变性能和热稳定性分析结果表明,混合壁材相变微胶囊样品相变潜热为175.5 J/g,高于两种单层壁材微胶囊样品;PMMA/NMA/UF交联大分子的存在有效提高了混合壁材样品在潮湿环境中的密封性,热稳定性和可循环应用性。(4)分别将两种形式的相变胶囊与聚氨酯(PU)发泡材料结合,制备了具有相变储能功能的相变胶囊/PU复合材料,并对其进行了形貌和结构,相变储能,热稳定性和力学性能的表征和分析。形貌和结构分析结果表明,相变胶囊的掺杂会引起PU发泡材料泡体的坍缩,补充黑料和催化剂会有所改善。在PU发泡材料保持正常的泡体结构和各项性能的前提下,相变微胶囊的掺杂量不能超过20wt%,而相变大胶囊的掺杂量可以达到50wt%以上。相变储能分析结果表明,相变胶囊的掺杂可以给PU发泡材料带来相变储能功能;相变大胶囊/PU复合材料的相变储热性能优于为相变微胶囊/PU复合材料,适用于控温包装领域。热稳定性测试表明,复合材料中的相变微胶囊与PU发泡材料基体结合非常紧密,其相变材料的失重温度远大于纯相变材料样品。力学性能测试结果表明,相变微胶囊的掺杂大幅降低发泡材料的力学强度;相变大胶囊的掺杂则明显提高了PU发泡材料的力学强度。相变大胶囊/PU复合材料弥补了传统相变微胶囊掺杂PU发泡材料相变储能效率低,力学性能差的缺陷,可以在控温包装领域推广应用。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB34;TB332

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