实验1 原位聚合法制备相变储能微胶囊 -实验报告
相变储能材料及其在绿色建材领域的应用
相变储能材料及其在绿色建材领域的应用
摘要：城镇化进程的全面推进使得城市土地资源的利用率不断提升，同时建筑
的能耗也逐步增加。当前阶段相变材料研究不仅是影响城市整体能源消耗状况的
重要课题，同时与建筑材料的技术选择、复合应用也有着密切的关系。相变储能
类型的材料作为一种新型建材，具备节能性强、热性能好、体积小、密度高、储
放能效率高、经济适用性强等方面的特点，能够满足建筑不同空间与时间上能量
控制的需求。在此基础上本文从变相储能建筑材质的应用特点出发，对其在绿色、节能建筑领域的应用进行具体探析。
关键词：节能地板；玻璃门窗；调温性能
相变材料实质上是指通过物相的变化，在特定环境中吸收、释放能量从而实现储能、温
度调节目的的材料类型。现阶段，相变材料根据化学物质构成可以分为有机材料、无机材料
以及混合材料三种，变相原理包括潜热储能与显热储能、化学反应。使用变相材料的建筑在
能耗控制方面有着显著的优势，是现阶段绿色建材技术研究的重点项目。
一、相变储能材料的主要应用特性
相变材料相较于传统建筑材料在使用性能与经济性方面有着显著优势，是现阶段绿色建
筑工程中常见的建材选择，主要的应用特性表现为：
1、热性能
相变材料在热性能方面可以在适合的熔点、温度环境中发生储能变化，具备良好的相变
潜热性能，无论是处于固体还是液体形态导热率都高于普通材质。因此在进行建材选择时，
为保证相变材料的热性能能够有效的发挥出来，可以将其用于室内温度调控，一般选择相变
点处于20-30℃的相变材料。如果在建设太阳能储热设备工程中，选择相变点在60℃以上的
基于Pickering乳液法的微胶囊相变材料研究进展
基于 Pickering 乳液法的微胶囊相变材料研究进展
李树海 1，高建宾 2，马荔 2*
(1．航
天动力技术研究院，陕西 西安 710025； 2．西安
航天三沃化学有限公司，陕西 西安 710089)
A Review of Microcapsule Phase Change Materials Based on Pickering Emulsion
Method
Li Shuhai 1, Gao Jianbin 2, Ma Li 2*
(1. Academy of Aerospace Solid Propulsion Technology, Xi’an 710025； 2. Xi’an Aerospace Sunvalor Chemical Co., Ltd., Xi’an 710089, China)
Abstract: This paper introduced the microcapsule phase change materials (MCPCM) structure, reviewed the microcapsule preparation methods of phase change materials, and introduced the prospects of microcapsule phase change materials Based on Pickering emulsion method. Combine f ields of application of the MCPCM, summarized and analyzed its current situation and development prospect.
微胶囊化相变材料性能评价方法研究进展
微胶囊化相变材料（ＭｉｃｒｏＰＣＭｓ）是利用微胶囊 技术在相变 材 料 （ＰＣＭ）微 粒 表 面 包 覆 一 层 性 能 稳 定的膜而形成的具有核壳结构的复合相变材料［１］， 其具有的核壳结构可以保护特定的功能材料或延 缓其释放到外相中的时间。相变材料经过微胶囊化 后，具有导热和传热面积增加、耐久性提高和使用寿 命长等优点，并且具有双向控温功能［２４］。利用 Ｍｉ ｃｒｏＰＣＭｓ在发生相变时所吸收或释放的大量相变潜 热来完成能量的储存与利用，可以提高能效、节能减 排和开发可再生绿色能源［５］。ＭｉｃｒｏＰＣＭｓ作为近年 来新兴起的 材 料，已 经 广 泛 应 用 于 建 筑 围 护［６］、纺 织服装［７］、电子元件［８］、涂层以及复合材料［９］。
包覆率（％）＝微胶囊的相变焓wk.baidu.com／（正二十烷相
变焓 ×正二十烷质量）／（正 二 十 烷 质 量 ＋囊 壁 质
量）×１００
（２）
收稿日期：２０１８０１２２ 修改稿日期：２０１８０３０５ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１４０３１６９）；陕西省教育厅重点实验室项目（１５ＪＳ０２９）；研究生创新基金（ｃｈｘ２０１８０９） 作者简介：申天伟（１９９４－），男（蒙古族），内蒙古赤峰人，西安工程大学在读硕士研究生，师从陆少锋副教授，主要从事功
目前，微胶囊化相变材料的制备方法主要有物 理法、化 学 法 和 物 理 化 学 法，其 中 包 括 原 位 聚 合 法［１０］、界 面 聚 合 法［１１］、乳 液 聚 合 法［１２］和 喷 雾 干 燥 法 ［１３］等。本文主 要 介 绍 了 微 胶 囊 化 相 变 材 料 制 备 过程中对微胶囊性能评价的各类方法，并对性能评 价方法在微胶囊化相变材料制备中的应用进行了 总结。
原位聚合法制备相变微胶囊
原位聚合法制备相变微胶囊
引言
相变材料(PCM，phase change material) 在相变过程中能够储存或者释放大量热量，可用于热能储存和温度调控。相变材料的应用主要可以分为两个方向：一是利用其相变时的潜热，把它与传热流体混合，提高传热流体的热容，用于热量传输、冷却剂等；二是利用其相变温控特性，将其应用于纺织品[1]、建筑物、军事目标等，提高热防护性或者调节温度。例如将相变材料加入到建筑材料中制成储能建材，利用太阳能和季节温差能等再生能源, 可以降低建筑物室内温度波动, 有效利用低峰电力削峰填谷, 降低能源支出，提供健康舒适的室内环境[2]；如果将相变微胶囊悬浮在液体介质中, 形成一种二元潜热型悬浮液，将这种具有大热容的二元潜热型悬浮液作为电子设备的冷却液，能够提供10～40倍于一般流体的等效热容，在相同冷却功率的要求下，冷却系统所需的泵功耗、冷却液流速及热沉体积均可大幅减小。本实验以硬脂酸丁酯为相变材料，蜜胺树脂为壁材，通过原位聚合法制备相变储能微胶囊，采用光学显微镜、红外光谱等表征微胶囊的表面形态和结构特征，采用DSC测定其热性能。
本研究性实验着重于制备工艺的优化，以改善相变微胶囊的储热性能。通过本实验，了解了微胶囊的制备方法，理解并掌握原位聚合法制备微胶囊的实验原理和实验技术，探索制备条件对微胶囊结构与性能的影响，并尽可能优化制备工艺。
1.实验方法
1.1仪器与试剂
三聚氰胺，37%甲醛，三乙醇胺，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，十六烷基三甲基溴化铵，司班80，盐酸，柠檬酸，氯化铵，硬脂酸丁酯（芯材）；匀质机（乳化搅拌机），电动搅拌机（数显可控搅拌仪），超声波振荡仪（一台），光学显微镜。
无机芯微胶囊相变储能材料制备、表征及其热物性研究
存在 过冷 和相分 离 问 题 ， 制 约 了其 在热 能 储存 等领 域 的应 用 。因此 ， 相 变 储 能材 料 微 胶囊 化 技 术 在 近些 年
浮 聚合法将 一定 比例 的二 乙烯苯 、 丙烯 酸 丁酯 、 丙烯 酸 乙酯 或丙烯 酸 甲酯 等 单体 ， 与 正 十六 烷 和 引 发剂 偶 氮 二异 丁腈 （ Ａ Ｉ Ｂ Ｎ） 分散 在 Ｐ ＶＡ水 溶液 中 ， 通过 Ｓ Ｐ Ｇ膜 分散 制成乳 液 ， 氮 气保护 下 ７ Ｏ ℃维 持 ２ ４ ｈ ， 得 到正 十六 烷／ 二 乙烯 苯 丙 烯 酸 甲酯 微 胶囊 。 目前 ， 所研 究 的 微胶 囊 相 变 储 能 材 料 （ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｎ ｃ ａ ｐ ｓ ｕ １ ａ ｔ ｅ ｄ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ， ＭＥ Ｐ Ｃ Ｍｓ ） 都 集 中 于选 用 有 机物 作 为 芯材 ， 而所得 到 的壳 核 材 料 的热 导 率和 相 变 潜热 较 小， 这使 得 无 机 芯 相 变 储 能微 胶 囊 吸 引 了广 泛 关 注 。
能
文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ － １ ７ ５ ８ — ０ ５
材
料
２ ０ １ ３ 年第１ ２ 期（ ４ ４ ） 卷
有机相变材料分类及运用
有机相变材料分类及运用
有机相变材料作为一种储能材料，在降低建筑物能耗、提高能
源利用率方面具有显着的优势，下面是的一篇探究有机相变材料运
用的范文，供大家阅读借鉴。
第三次工业革命之后人类科技得到了高速开展，随之而来的是
能源需求的逐年增加。根据国际能源署(Internatio-nal Energy Agency,IEA)的报道，化石燃料消耗占全球能源消耗的81%,而且这
一趋势将持续到2030年[1].化石燃料资源的持续减少以及能源使用中产生的温室气体、有毒气体、粉尘等严重威胁着人类生存和自然
环境。与此同时，能源短缺的现状与人们日益增长的室内温度舒适
度需求之间的矛盾也不可无视。能量存储技术被看作是解决能源短
缺问题的有效途径，将它应用在建筑中既可以降低能耗、提高能源
利用率，又可以降低温室气体的排放。
相变材料(Phase change materials,PCM)是一种高效储能物
质，当环境温度发生改变时它会由一种相态转化到另一种相态，同
时伴有能量的吸收(释放)而自身温度不会发生改变。利用相变材料
这一独有的特性来协调能量供求在时间和强度上不匹配的问题是经
济可行的方法，因而它被广泛地应用于能量储存和温度控制领域[2].将相变材料应用于建筑材料中，可得到具有储能和控温功能的复合
型建筑围护构造，在减小室内温度波动，提高舒适度的同时，还可
以减轻建筑构造自重，节省空调采暖费用[3].相变材料可以分为有
机相变材料(Organic phase changematerials,OPCMs)、无机相变材料(Inorganic phase changematerials,IPCMs)和复合相变材料(Composite phase changematerials,CPCMs)。其中有机相变材料具有相变潜热大、无过冷、无腐蚀、无体积效应、无毒无害等优点[4],
十八烷酸相变微胶囊的制备及性能研究
【 关键 词】 相变材料 ； 微胶 囊； 热性 能 利用 相变材料的相 变潜 热来实现能量 的储存和利用 ．在建筑 、 服 装、 航 空、 军事 等领域有着广泛 的应用 。将相变材料微胶囊化 ， 可有 效解决相 变材料 的泄漏 、 相分离等 问题 ， 因此 ． 相变微胶囊是一种新型 的复合 相变材 料 。另外 ， 由于粒径很小 、 比表 面大 ， 提供 了较大 的传 热面积 ． 同时由于囊壁较 薄． 使传热得 到了较大改善［ 习 。目前相变微胶 囊 的芯材通常为直链烷烃 、 石蜡 类 、 脂肪 酸类 、 聚乙二醇等 ， 壁材通为 高分子树脂类 、 聚酰胺 、 环氧树脂等 ， 通过原位聚合法或是界面聚合法 成 功将 相变内核包裹 在壁材 内部 ． 形成具有规则外形的定形复合相变 微胶囊 微胶囊相变材料在不同的应用领域对 不同的性 能有着特殊 的 要求 ， 如熔点 、 粒径 、 热焓 、 导热性 能等 ， 对制备 不同粒径 、 不 同壁材和 内核 的微胶囊有不 同的应用要求 但是 由于微胶囊 的大小会直接影响 到材料的传热 、 传质和加工性 能 ． 此外 由于壁材大多使用 高分子类材 料， 因此微胶囊 的热 阻较大 ． 壁材使用过程 中较脆 ． 容易破碎。 本文 以十八烷酸为相变芯材 ． 二氧化硅为壁材 ． 制备具有芯一 壳结 构 的复合相变材料 。以正硅酸 乙酯为水解前躯体 ． 在乳化剂和表面活 性剂作用下在 十八烷 酸表面包裹二氧化硅无机材料 ． 达到有机相变储 能材料定 形的 目的 ． 此外 由于无 机壁材 的使用 ． 解决 了微胶囊 热阻较 大 的问题 ． 提高复合相变微囊材料 的导热性能和机械强度。
微胶囊复合相变材料的制备及性能表征
２ Ｄ ｐｒ ｅｔ ｆ ｐ ｌａｉ ｓＢｏ ｇ 。 ｉ ｉ ｇＵ ｉ ｒ ｔ。 ｉｘ ｎ ４ ３０ Ｃ ｉ ） ． ｅａ ｍ ｎ ｏ ｐｉ ｔ ｎ ｉｏｙＸｎ ａ ｎ ｅｓｙＸ ｎｉ ｇ ５ ００，ｈｎ ｔ Ａ ｃ ｏ ｌ ｘｎ ｖ ｉ ａ ａ
ｆ ｒ ｃ ｍ ｐｏ ｉｅ ｐ ａ ｅ ｃ ａ ｇ ａ ｅ ｉ ｌ ｏ ｏ ｓｔ ｈ ｓ ｈ ｎ ｅ ｍ ｔ ｒａ
Ｚ Ｏ ａ ．ｅ ， Ａ ＧＪ ｎｘｎ ，Ｉ ｈ ｏ ｕ Ｃ Ｅ Ｈ ａ － ｉ Ｈ ＵＪ ｎｗ ｉ ＨＵ Ｎ ｉ ．ｉ ＬＵＳ ａ－ ｎ ，Ｈ Ｎ ｕ ｎｚ ｉ ａ ｊ ｈ
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第 ３ 卷第 ６ ７ 期
来自百度文库２０ ０ ８年 ６月
应
用
化
工
Ｖ １３ ． ０ ． ７ Ｎｏ ６
Ａ ｐ ｅ ｈ ｍｉａ ｎ ｕ ｔ ｐ ｌ ｄ Ｃ ｅ ｃ ｌＩ ｄ ｓｒ ｉ ｙ
Ｊｎ ２ ｏ ｕ ．０ ８
微胶 囊复 合相 变材 料 的制备 及 性 能表征
红外光谱 、 扫描 电子显微镜 、 差示扫描量热分析和热重分析测试技术表征 了制备的相变 微胶囊的结构组成 、 形貌特 征及热性能 。实验结果表 明， 变储 能微胶囊复合相变材料热稳定性好 ， １０℃ 以下无质量损失 。 相 在 ６ 其相变 温度 和 焓值分别为 １． ５ ３℃ 。３ ． 。制备得到 的微胶囊呈球形 。 １２ ３Ｊ ｇ ｉ 平均粒径 小于 ２ ｍ。 ０ 固化剂滴加速 度为０５ｍ ／ ｉ ． Ｌ ｍｎ 时微胶囊形貌较佳 。 优化的芯／ 壁质量 比为 １ １５ 且微胶囊 的亲水性随芯材含量增加而降低 。 ：．，
原位聚合法制备相变储能微胶囊
3． 结论
微胶囊在制备过程中，采用了乳化效果一般的十二烷基苯磺酸钠作为乳化 剂，微胶囊颗粒分散不均匀，有明显的团聚现象。实验得到的微胶囊的载药量和 包封率的结果不是很理想，原因是干燥时间不够导致的。 实验中，制备微胶囊时控制好 pH 是关键。从图 2（1-4）中可以看出：在相 变微胶囊的制备初始阶段，从光学显微镜中可观察到明显的球状结构，到制备后 期阶段，因 pH 调节不好而导致产品表观不好。
h e a tin g p H =3~5
C H 2O H
图1-2 MF树脂的交联聚合过程 通过查阅文献，了解微胶囊的制备方法及其应用进展；理解并掌握原位聚合 法制备微胶囊的实验原理和实验技术，探索制备条件对微胶囊结构与性能的影 响，包括反应物配比、乳化剂种类、反应条件等，并尽可能优化制备工艺；掌握 微胶囊材料的性能以及结构表征方法，并进行数据解析和处理。
1，2，3在1500cm-1的吸收峰情况也能说明作为芯材的硬脂酸丁酯和作为壁材的MF预 聚体成功进入微胶囊。
2.4 影响微胶囊制备的因素
通过查找文献资料和实验可知，影响微胶囊制备的因素有： 乳化转数和乳化时间：乳化转数越在，乳化时间越长，体系内各组分分散程 度越高，平均粒径越小。主要原因是芯材液滴在高速搅拌下被分散成小球滴，在 系统调节剂作用下保持稳定，加入的壁材包覆在芯材球滴表面形成微胶囊。 壁材浓度：有机相中壁材尝试过低，所成微球易空心，较脆易碎尝试过高在 分散过程会发生粘结现象，成球率低。 分散介质的浓度（水的浓度） ：分散介质的浓度过低会造成壁材粘结，无法 成球，浓度过高虽然微球的均匀性、成球率增加，但粒径过小，达不到要求。采 用不同浓度的扩散介质溶液，进行分段扩散，有利于形成形态圆整、表面光滑、 流动性好的微球。 2.5 有利于提高乳化效果的乳化剂 查找文献资料可知：OP-10 乳化剂可以使乳化效果最佳。 本实验采用十二烷基苯磺酸钠作为乳化剂，但是其乳化效果一般，在微胶囊 化过程中会产生大量气泡，需要加消泡剂。 当使用乳化剂 OP-10 时，包覆效果好，颗粒大小适中，微胶囊颗粒分散均 匀，基本无明显的团聚现象。 2.6 微胶囊颗粒大小对其性能的影响 微胶囊的粒径不是越小越好，微胶囊相变材料粒径较在，会使耐热性、致密 性和强度较差，使用中会出现囊壁破裂、堵塞循环泵孔道等问题；而粒径太小， 如微米级定型相变材料，其界面结合强度不高，使用中会发生液相渗出、热物理 性质退化等问题。 2.7 相变微胶囊的应用
微胶囊相变储能材料的制备和表征(论文)
第２期
邢锋，等：微胶囊相变储能材料的制备和表征
１５３
和二羟基甲基三聚氰胺．氨基和羟基反应活性很 大，容易与醋酸分子发生反应，使羟基跟氨基的活 性失效，不能进一步反应生成交联体，使得大部分 囊壁材料无法包覆囊芯形成微胶囊，即使小部分形 成微胶囊，强度较小，容易破碎．硫酸是强酸，可 以完全电离，产生大量氢离子，溶液ｐＨ值迅速下 降，使囊壁形成的反应活性过大，导致形成的微胶 囊粘连严重，甚至在完全包覆前就粘连到一起，形 成三聚氰胺一甲醛团聚体．氯化铵是强酸弱碱盐， 本身不会电离出氢离子，溶于水相后，电离产生铵 根离子和氯离子，铵根离子与水相中的氢氧根离子 发生反应，导致氢离子浓度上升．在这种情况下， ｐＨ值下降速度适宜，能够使囊壁材料完整包覆在 囊芯表面，形成形态良好的微胶囊．采用氯化铵作 催化剂，微胶囊数量多，表观形态好，微胶囊粒径 分布比较均匀，平均粒径在２０５斗ｍ，囊壁厚度约 为１０¨ｍ，囊芯含量为５５％．
于设计储能建筑材料．采用水化热测试仪研究该微胶囊对水泥水化热的影响，结果表明，储能微胶囊能降
低水泥水化放热峰，提升放热低谷，提前第二放热峰的出现．储能微胶囊对水泥总体放热量影响较小，对
水化热放热速率有明显影响，可用于混凝土水化过程中材料内部温度的控制．
关键词：微胶囊；三聚氰胺一甲醛树脂；硬脂酸丁酯；相变材料
采用德国ｋｉｃａ Ｄｍｌｐ公司生产光学显微镜观察 不同反映阶段微胶囊形貌，监控反应进程，对微胶 囊的制备工艺进行分析优化．拍摄微胶囊照片，测 量一定数量微胶囊的粒径，进行数学分析后统计其 粒径和分布．采用日本日立高新技术株式会社ｓ一 ３４００Ｎ（Ⅱ）型扫描电子显微镜观察微胶囊有无破 碎、有无粘连、表面形貌、囊壁厚度及微胶囊在建 筑材料基体中的分布情况和结合界面等．采用日本
烷烃相变微胶囊的制备及其凝固研究进展
烷烃相变微胶囊的制备及其凝固研究进展
王慧昌;贾莉斯;陈颖;莫松平;钟凯
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2023(54)2
【摘要】烷烃相变微胶囊具有化学性能稳定、储能密度高,相变温度可选等特点,是相变储能和强化换热技术常用的一类材料,在新能源利用、电子电器散热、建筑节能等领域有着广泛应用。烷烃微胶囊的相变储能和传热性能与其凝固相变过程密切相关。分析总结了近年来国内外关于烷烃微胶囊凝固性能、成核机制以及影响因素的研究进展,并指出获取尺寸均匀和成份可控的烷烃微胶囊是开展凝固研究的重要前提。
【总页数】8页(P2064-2071)
【作者】王慧昌;贾莉斯;陈颖;莫松平;钟凯
【作者单位】广东工业大学材料与能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB34;TK02;TB64
【相关文献】
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4.微胶囊相变材料制备与应用研究进展
5.微胶囊相变材料的制备及应用研究进展
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相变储能微胶囊研究进展
1． 2 原位聚合法
在原位聚合法制 备 胶 囊 的 工 艺 中，芯 材 和 介 质 混 合 形 成 乳 液，而单体成分 及 催 化 剂 全 部 位 于 芯 材 液 滴 的 内 部 或 外 部 。 在 微胶囊化体系中，单体在单一相中是可溶的，而聚合物在整个体 系中是不可溶的，聚 合 反 应 在 芯 材 液 滴 的 表 面 上 发 生。 单 体 首 先在芯材液滴表 面 发 生 聚 合 形 成 相 对 低 分 子 量 的 预 聚 体 ，随 着 预聚体尺寸的增 大 逐 步 沉 积 于 芯 材 表 面，由 于 交 联 及 聚 合 反 应 的不断进行，最终形成固体的胶囊外壳，所生成的聚合物薄膜可 覆盖住芯材液滴的全部表面。具体的聚合过程见图 2，图 2 （ a） 是壳材为水溶性单体的聚合过程； 图 2（ b） 是壳材为油溶性单体 的聚合过程。
相变储能材料
封装法的制备工艺
微胶囊封装技术
微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆使形成微小粒 子的技术。得到的微小粒子称微胶囊，一般粒子大小在2-1000um范 围内。微胶囊粒子的形态多种多样。
囊心（ PCM）
Diagram 2
Logo
相变储能建筑材料
相变材料 + 建筑材料
如何结合？
直接结合法 （相变材料直接与建材基体混合 ） 浸泡法
Logo
Thank you ~
Logo
相变储能混凝土
把相变ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ料复合到大体积混凝土中，以制得相变温控混 凝土。相变温控混凝土具有温度自调节功能。
相变温控混凝土不但能有效降低大体积混凝土内部温升 速率，延缓峰值出现时问，有效防止或预防因水泥水化热所 引起的早期热裂缝，改善材料的耐久性，而且在大体积混凝 土内部中不需要采用设置冷却水管等降温措施，从而简化了 其施工工艺，节省了工程造价。
Logo
保温隔热材料
美国俄亥俄州戴顿大学 成功研制出用于建筑保温的固一液共晶相变材料，其
固液共晶温度是23.3℃。当温度高于23.3℃时，晶相熔化 并积蓄热量，一旦气温低于这个温度时，结晶固化再现晶 相结构，同时释放出热量。
在墙板或轻型混凝土预制板中浇注这种相变材料，可 以保持室内温度适宜。
Logo
前两种方法建材耐久 性差，主要表现为相 变工质的泄漏和对基
相变微胶囊的研究现状及其应用前景
相变微胶囊的研究现状及其应用前景
发表时间：2019-06-14T10:46:57.010Z 来源：《中国教工》2019年第4期作者：程益民
[导读] 随着我国改革开放的不断进行，中国的经济发展越来越快速，对能源需求也越来越大，因此在实际应用领域中对能源的利用率也越来越高。相变材料指的是具有能量存储和温度调节的物质，但是相变材料在实际使用过程中随着外界环境温度的变化，发生固态-液态相转变，容易发生泄露等问题，因此利用微胶囊技术将相变材料封装起来可以解决以上问题。相变微胶囊提高了相变材料的实际使用效率，扩展了相变材料的实际应用领域。
池州学院
1相变材料
能源是人类发展的基础，近年来以化石原料为主的能源供给造成了能源危机和环境污染等问题，并且引起了广泛的关注，因此提高能源的利用效率成为当前迫切解决的问题。相变材料指的是随外界环境温度发生变化，相变材料吸收或者释放能量发生相态转变，并且提供大量潜热的物质。目前相变材料的分类按照相态可以分为固-固、固-液、固-气和气-液，其中固-液相变材料在相变过程中有熔融和结晶两个过程，通过吸收和释放一定的热量，可以实现对能量存储和释放，因此应用最为广泛。相变材料根据物质的化学组成主要分为有机类相变材料和无机类相变材料[1]。有机类相变材料主要是石蜡和脂肪酸类等；无机相变材料主要是无机水合盐和金属类。相变材料根据相变温度不同，分为低温相变材料（低于80 ℃）、中温相变材料（80 ℃~180 ℃）和高温相变材料（180 ℃~2000 ℃）。
2相变微胶囊的简介及其制备方法
新型复合相变材料储能优化设计及传热性能研究
新型复合相变材料储能优化设计及传热
性能研究
摘要：相变储能是一种新型的能量转换技术,在能源利用率和环保节能方面具有重要意义。近年来,随着科学技术的发展、社会经济水平提高以及环境保护要求等因素推动了对传统复合型相变材料中所存在缺陷进行改善。目前国内外关于该领域研究主要集中于其化学性质、组成及机理上与其他类型复合相变材料相比仍有较大差距:如低温高聚物(Pt)在实际应用中容易发生团聚;如在循环使用过程中容易造成环境污染,而传统的相变材料由于其低温性能差、耐腐蚀性低,已不能满足大规模工业生产和环境保护需求。
关键词：复合相变材料；储能优化设计；传热性能
在热工转换装置中,相变储能材料具有可逆性、可控性和高效率等特性。随着科学技术的进步与发展,新型复合型相变体储存能量方式越来越多。利用固相反应原理实现储能是目前研究领域一个热点问题:如何将传统正变换技术运用于永磁体或其他形式的换热器当中去已经成为解决这一难题最有效可行方案之一;另外在实际应用中还需要考虑温度对其造成影响以及环境条件等因素来选择合适的存储材料,例如在相变材料中添加一些储能添加剂以改善它的热稳定性,降低环境温度对复合型相变体储存能量造成影响。
一、相变材料性能的研究
（一）相变材料热物理性能
为了得到合适的相变温度及相变潜热等性能，通常将两种或两种以上相变物质按一定的比例配合成多组分的混合相变物质，利用相变物质分子之间的相互作用调节相变温度和相变潜热。樊耀峰等详述了多元醇及其二元体的相变温度、相变潜热与质量百分比的关系。Belenzalba等通过实验得出了部分不同质量比的相变材料及与其对应的相变温度和相变潜热心。蔡利海用石蜡的相变温度、相变潜
碳纳米管改性相变微胶囊的力学与热学性能
碳纳米管改性相变微胶囊的力学与热学性能
王瑞;孙艳丽;刘星;杨华;李博
【摘要】为改善相变微胶囊制备蓄热调温纺织品时存在易破损、传热效率低的问题,通过原位聚合法以三聚氰胺、尿素、甲醛为壁材并掺杂等离子体处理的碳纳米管(CNTs)包覆正十八烷制备相变微胶囊,探讨CNTs对微胶囊力学、热学性能的影响.采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱分析仪、原子力显微镜、差式扫描量热仪和热常数分析仪对所制备的相变微胶囊的表面形貌、力学性能、热学性能进行表征与分析.结果表明:掺杂CNTs的微胶囊近似圆球形,表面较为光滑,力学性能、热传导性能均有提高;当CNTs添加量为2%时,其弹性模量提高了约190%、导热系数提高了近187%;平均相变焓可达到224.4 J/g、包覆率为74.07%;掺杂CNTs对微胶囊的力学、热学性能的改善有利于提高蓄热调温纺织品调温性能.%In order to solve problems of easy breakage and low heat transfer efficiency when phase change microcapsules(microPCMs)were prepared for heat-storage and thermo-regulated textile, MicroPCMs were prepared based on noctadecane core and melamine-urea-formaldehyde shell with O2 plasma modified multi-walled carbon nanotubes(CNTs)by in-situ polymerization. The influence of addition modified CNTs on mechanical and thermal properties of microPCMs were investigated. MicroPCMs were characterized by scanning electron microscopy(SEM), fourier transform infrared spectroscopy,atomic force microscope, differential scanning calorimetry and thermal constant analyzer. SEM images show that the microPCMs with CNTs are spherical and have relatively smooth surface. The results indicate that the mechanical and thermal properties of microPCMs can be
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实验1 原位聚合法制备相变储能微胶囊
引言
相变材料(PCM ，phase change material) 在相变过程中能够储存或者释放大量热量，可用于热能储存和温度调控。
相变微胶囊（MEPCM ）的内核是相变材料，壁材通常采用高分子聚合物(如蜜胺树脂、脲醛树脂、明胶等)，制备的方法主要有界面聚合法和原位聚合法等。
界面聚合法是先将囊芯材料和生成囊壁的某种单体一起加入溶剂制成均匀的溶液，然后倒入不相溶的溶剂中乳化，再在乳液中滴加生成囊壁的另一种单体，让两种单体在界面上发生反应形成囊壁，包覆芯材液滴，最后制得相变材料微胶囊。与界面聚合法不同，原位聚合法生成囊壁的单体和催化剂全部位于囊芯的内部(或外部)，单体聚合时逐步形成不溶性的高聚物，包覆在囊芯表面形成微胶囊。
在原位聚合法中，油性的囊心材料在乳化剂存在下搅拌分散于水中，形成稳定的O/W 型乳液，然后加入作为壁材的预聚体溶液，搅拌下原位聚合包覆在囊芯液滴表面。微胶囊在制备过程中，胶囊颗粒大小由开始乳化分散时的液滴大小来决定，而乳化分散液滴大小与乳化搅拌时间、速度密切相关。形成胶囊的粒径越小，比表面积越大，胶囊越容易相互聚集，通过显微镜观察发现胶囊会发生粘连现象。因此在成囊后要加入分散剂来减小胶囊的表面自由能或通过亲水基吸附在固体颗粒表面而形成外壳，使颗粒屏蔽起来而不发生絮凝，给予分散体系以稳定性。
为了确保MEPCM 的包覆完整性及强度，芯材含量不能过多也不能过小，否则会影响MEPCM 的蓄热性能，芯材质量百分数含量应在30%～80%之间，最好在50%～70%，另外微胶囊粒径越小，包裹效果和结构致密性也越好，同时表面积增加所需的壁材用量也相应增加。
硬脂酸丁酯具有相变温度温和、无毒的特点，适宜用在太阳能存储，室温调节领域。蜜胺树脂具有较高的拉伸强度和压缩强度，较强的耐弱酸碱性及较好的密封性。本实验以硬脂酸丁酯为相变材料，蜜胺树脂为壁材，通过原位聚合法制备相变储能微胶囊，采用光学显微镜、红外光谱等表征微胶囊的表面形态和结构特征，采用DSC 测定其热性能。本研究性实验着重于制备工艺的优化，以改善相变微胶囊的储热性能。
N
N N NH 2
H 2N
NH 2H C O
H
+Melamine
Formaldhyde
+
N
N
N N(CH 2OH)2
N(CH 2OH)2
(HOCH 2)2N
trimethylomelamine
hexamethylomelamine
HOH 2CHN
N
N
N NHCH 2OH
NHCH 2OH
图4-4 MF 预聚体的聚合机理
+
N
N
N NHCH 2OH
N(CH 2OH)2
HOCH 2HN
HOH 2CHN
N
N N N(CH 2OH)2
NH 2
m
n
N CH 2
N N N N N CH 2
O CH N CH 2OH N N N
HN
NH 2
CH 2O
CH 2N
N
N N N N N N
NH CH 2CH 2OH
图4-5 MF 树脂的交联聚合过程
1. 实验方法 1.1 仪器与试剂
三聚氰胺，37%甲醛，三乙醇胺，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，十六烷基三甲基溴化铵，司班80，盐酸，柠檬酸，氯化铵，硬脂酸丁酯（芯材）；匀质机（乳化搅拌机），电动搅拌机（数显可控搅拌仪），超声波振荡仪（一台）。
1.2 微胶囊的制备
1.2.1 材料制备 （1）MF 预聚体的制备
在三口烧瓶中， 以2：1摩尔比混合甲醛（4mL ，37%）和三聚氰胺(2.3g)， 20mL 水，在70 ℃下充分溶解，用三乙醇胺调节pH 值到8.5~9.0左右，在65~70℃下搅拌反应至三聚氰胺完全透明后，继续搅拌反应10分钟， 得到MF 预聚体水溶液，将此溶液倒入锥形瓶中室温放置。
（2）PCM 乳液的制备
将5g 芯材（硬脂酸丁酯）加入到150mL0.8%的十二烷基硫酸钠水溶液中（乳化剂），用乳化均质机在2500rpm 速度下乳化10min （同时显微镜监测分散情况），得到O/W 型稳定乳液，用柠檬酸调节乳液的pH 值为3~4。
乳化条件选择： （其他小组完成）
（a）0.8%的十二烷基硫酸钠水溶液，乳化10min；
（b）0.8%的十二烷基苯磺酸钠水溶液，乳化10min；
（c）十六烷基三甲基溴化铵+ span80，乳化30min。
酸性调节选择：(a) 柠檬酸水溶液；（b）盐酸水溶液；（c）氯化铵水溶液。——实验时均用柠檬酸；
芯/壁比例选择（质量比）：(本小组完成)
（a）硬脂酸丁酯/MF预聚体=2.5：1；【8.33g芯材（硬脂酸丁酯）】
（b）硬脂酸丁酯/MF预聚体=2：1；【6.67g芯材（硬脂酸丁酯）】
（c）硬脂酸丁酯/MF预聚体=1：5:1；【5.00g芯材（硬脂酸丁酯）】
（3）相变微胶囊的制备
将上述PCM乳液倒入三口瓶中，在70℃水浴加热，并400r/min搅拌下，将MF预聚体溶液缓慢滴加到上述PCM乳液中（大约6~7分钟滴加完毕），在此温度下继续搅拌反应，同时监测溶液的pH值变化情况，半小时后将溶液pH值调到5~6左右，1小时后调pH值到3~4左右，并且每半小时取样监测微胶囊的成型情况，总计反应时间大约2小时后，得到固化的微胶囊。减压抽滤，用乙醇溶液洗涤2次，在80℃条件下干燥半小时，得到相变储能微胶囊样品，称重。
1.3 材料表征
（1）载药量和包封率是衡量微胶囊制备中的两个重要指标，本实验中采用物理破碎清洗芯材的方法进行测试：
取5克干燥后的微胶囊样品用玛瑙研钵研碎，用丙酮浸泡，超声清洗30min，使囊芯充分溶解(用锥形瓶，加塞)，过滤、用丙酮洗涤2次、干燥后称量，计算囊芯材所占的比例（即载药量），根据芯材投料量，计算相变微胶囊的包封率。
载药量=微球中药物的质量
微球总质量
100%
微球中药物的质量
100%
包封率=
总投药量
（2）采用光学显微镜观察不同反应阶段微胶囊形貌，监控反应进程，对微胶囊的制备工艺进行分析优化。拍摄微胶囊照片，测量一定数量微胶囊的粒径，进行数学分析后统计其粒径和分布。
（3）采用红外光谱仪测定囊芯、囊壁和微胶囊的红外光谱，并进行比较分析。
（4）采用差示扫描量热仪（DSC）研究囊芯和微胶囊相变材料的热性能，温度范围0～75℃，升温速率10℃/min。
2．结果与讨论
2.1 芯/壁比例选择（质量比）