相变储能微胶囊研究进展
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21 0 3 1年 9卷第 1 期 1
广州 化工
・ 1 2・
相 变 储 能 微 胶 囊 研 究 进 展
戴 险 峰 ,姚 培 ,陈华 荣
( 1广 州化 工 集 团有 限公 司 ,广 东 广 州 5 0 4 ;2常 州工程职 业技 术 学院化 工 系化 工原理组 , 16 0 江 苏 常 州 2 3 0 ;3华 南理 工 大 学化 学与化 工 学院 ,广 东 广 州 5 0 4 ) 12 0 16 0
p st t ra s Ad to al o i mae l. e i di n ly,t e p o p cs o h c o n a s lt d p a e c n e mae as we e i to u e i h r s e t ft e mir e c p u ae h s ha g tr l r n r d c d. i
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2 2・
广 州化 工
21 年 3 0 1 9卷第 1 期 1
采用原位聚合法制备 的 ME C P M在形貌 、 热性能和胶囊致密 性等方面都 能达到使用要求 , 与界面聚合法 相比 , 更胜一筹之处 在于其成壳材料 可以是水溶性 或油溶性单体 , 以是几 种单体 可 的混 合 物 , 可 以是 水 溶 性低 分 子 量 聚合 物 或 预 聚 物 , 现 了芯 也 实 材和壳材 的选择多元化 , 能够更好 的满 足人们 的需求 , 因此也成 为 目前合成 ME C P M最 常用的方法。但是 , 目前该方面 的研究都 局 限 于 O W 乳 液 体 系 , 用 于 包 覆 有 机 相 变 材 料 , 此 , 强 / 都是 因 加
摘 要 : 系统综述了微胶囊相变材料的制备方法、 性能改进及其应用领域, 突出阐述了微胶囊复合相变材料的研究进展, 最后
对 微 胶 囊 相 变 材 料 的发 展 前 景 进 行 了展 望 。
关键 词 : 相变材料; 微胶囊; 制备技术; 研究进展
Pr g e s o i r e a s l t d En r y — s o e a e Ch ng a e i l o r s fM c o nc p u a e e g — t r d Ph s a e M t r a s
D I in— eg ,Y O P i, H N H a—rn ’ A a fn A e C E u X o g
( a gh u C e c lId s a ru o 1Gu n z o h mia n u t lG o p C .,Ld ,Gu n d n a gh u51 6 0;2 Ch mia rn il o p, i r t. a g o gGu n z o 4 0 e c lP cpeGru i
1 微 胶 囊 相 变 材 料 的 制备 工 艺及 改 性
由 于微 胶 囊 的包 囊 材 料 主 要 为 高 分 子 材 料 , 此 高 分 子 材 因
方法制备 的微胶囊壳层很薄 , 出现破裂等问题 。 易
作 者 简 介 : 险 峰 ( 94一) 女 , 士 , 戴 18 , 硕 主要 从 事 精 细 化 工 方 面 的 丁作 。E—m i x.ui g alCl al fjl @ m i Ol :d e . l
Absr c :Th r p r t n meh d ta t e p e a a i t o s,i r v m e t n h ppi ai n fed fm ir e c p u ae h s h n e ma o mp o e n s a d t e a l to l s o co n a s lt d p a e c a g - c i t raswe e r v e d s se tc l e il r e iwe y tma ia l y,e haia l o i g i o t e r c n r g e so ir e c p u ae h s h n ec m- mp tc l pr b n nt h e e tp o r s fm c o n a s lt d p a ec a g o y
腐蚀性等问题 , 提高 了相变材料 的使用效率 ,有利于改 善相变材 料 的应 用性 能 , 有 广 阔 的 应 用 前 景 , 渐 发 展 成 一 个 跨 学 科 、 具 逐 高
性能 、 用 途 的研 究 及 应 用 领 域 J 多 。因 此 , 近年 来 , 胶 囊 相 变 微
材料 的制 备及 应 用 已 成 为 蓄热 技 术 研究 领 域 的热 点课 题 。 本 文 对 微 胶 囊 相 变 材料 的制 备 工 艺 及 应 用 领 域 进 行 了 系 统
的归 纳 和综 述 , 重 点 介 绍 了 微 胶 囊 复 合 相 变 材 料 的研 究 进 展 , 并 希望 有 助 于这 方 面 的研 究 工作 。
反 应 。 由 于在 水 相 溶 解 的 聚 合 单 体 实 际 上 在 有 机 溶 剂 中也 有 一 定 溶 解度 , 以它 倾 向于通 过 相 界 面 进 入有 机 相一 侧 , 所 因此 聚合 反 应 通 常发 生 在 相 界 面 的 有 机 相 一 侧 。 这 种 制 备 微 胶 囊 的工 艺 方 便 、 单 , 应 速 度要 快 , 果好 , 需 要 昂贵 复杂 的设 备 , 以 在 简 反 效 不 可 常温下进行 , 避免 了由于严格控 制温度给操作带来 的困难。但此
料 的 制 备 方 法 一 般 也 适 用 于 微 胶 囊 的 制 备 , 备 微 胶 囊 的 具 体 制
程中的吸热和放热 , 可以进行热能 的储 存和温度 调节 控制 , 这种 具有热能储 存 和 温 度 调 控 功 能 的 物 质 称 为 相 变 材 料 ( hs P ae
C ag t i s P Ms , 用 其 固 一 或 固 一固 相 变 过 程 来 hneMa r l, C ) 利 ea 液 进行热量 的储存 和释放 的技术 称为相 变蓄热技术 。为 了提 高能 源利 用 效 率 、 护 环 境 、 决 热 能 供 给 与 需 求 失 配 的 矛 盾 , 变 保 解 相 蓄热 技 术 已得 到广 泛 的 应 用 , 其 是 在 太 阳 能 利 用 , 力 的 “ 尤 电 移 峰填 谷 ” 废 热 回收 利 用 以及 建 筑 与空 调 的 节 能 等 方 面 。 , 微 胶 囊 技 术 是 一 种 用 成 膜 材 料 把 固 体 、 体 或 气 体 包 覆 形 液 成微 小 粒 子 的技 术 。将 微 胶 囊 技 术 应 用 到 复 合 相 变 材 料 中而 形 成 的新 型 复合 相 变 材 料称 之 为 微 胶 囊相 变 材 料 ( con asl e Mi ecpua d r t P aeC ag t l sME C 。ME C 从 技 术 上 克 服 了 相 变 hs hneMa r l, P M) ea PM 物质 的 应用 局 限性 , 效 地 解 决 了 相 变 材 料 的泄 漏 、 分 离 以及 有 相
材 料微 胶 囊 是 十 分 必要 的 。
X, Y为 反 应 剂 ; X—Y) 为 聚合 产 品 (
1 3 悬浮交联 法 .
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
悬浮交联法与前 两种方法不同 , 是采用 聚合物为原料 , 即先 材、 聚脲为壳合成 了表面光滑 且粒径 约为 1I x m微胶囊 , 其相变 将 线 型 聚合 物 溶 解形 成 溶 液 , 后 , 然 当线 性 聚合 物进 行悬 浮 交 联 温度 为 2 3 8~ O℃ , 与正 十八 烷 相 当 , 其 相 变 焓 为 2 12Jg 略 固化 时 , 而 4 . / , 聚合 物 迅 速 沉 淀 析 出并 形 成 胶 囊 壳 , 法 可 采 用 溶 于 水 该 小 于 纯 正 十 八 烷 。 兰孝 征 等 采 用 界 面 聚 合 的 方 法 , 甲 苯 一 以 的或 能 溶 于 有 机 溶 剂 的 聚 合 物 作 为 微 胶 囊 壁 材 。在 该 方 法 中 , 24一 , 二异氰酸酯( D ) 乙二胺 ( D 为反应 单体 , 离子表 聚合 物 的固 化 可 以通 过 交 联 剂 ( 如 无 机 盐 、 、 酸 或 异氰 酸 T I和 E A) 非 例 醛 硝 面 活 性 剂 聚 乙 二醇 壬 基 苯 基 醚 ( P 为 乳 化 剂 , 成 了 正 二 十 烷 醋等 ) O ) 合 的作用 、 热改性 ( 即热凝聚) 的沉淀作用以及带相反电荷聚 为 相 变 材 料 的 聚脲 包 覆 微胶 囊 。结 果 表 明 , 芯 正 二 十 烷 、 正 合 物 之 间 的 结合 等方 法 来 实 现 J 囊 含 。鉴 于 该方 法 合 成 M P M 存 EC 二 十 烷 的 微 胶 囊 以 及 壁 材 料 聚 脲 , 够 耐 受 的 温 度 分 别 约 为 在一定的局限性 , 能 目前 , 关于该方面的研究报道并不多见 。
类主要有悬浮 聚合 、 乳液聚合 、 散聚合 、 分 沉淀聚合悬 浮缩 聚、 界 面缩 聚 、 聚合物沉淀 、 聚合物螯合 、 聚合物凝胶和硫 化床法等 J 。
化 学 法 又 称 为 聚 合 反 应 法 , 据 微 胶 囊 化 时 制 备 壳 层 所 用 根 材 料 , 及 聚 合 方 式 的 不 同 , 可 以 将 此 方 法 进 一 步 分 为 界 面 聚 以 又 合 法 、 位 聚 合 法 和 悬 浮 交 联 法 等 J 原 。本 部 分 将 重 点 介 绍 化 学
De a t n fCh mia g n e ig,Ch n z o n tt e o g n e n e h oo y,Gu ng o g Ch n z o 3 0 p rme to e c lEn i e rn a g h u I si fEn i e r g T c n l g ut i a d n a g h u 21 2 0;
技术取决 于所用高 聚物材料 的性 质 。根据涂层 方法不 同可 以将 微胶囊 的制备方法分成 以下 主要 j类 : 机械法 、 物理化学法 和化 学法 1根 据悬 浮介 质 的性质进 行分 类主要 分为液 态悬浮介 质 7;
和 气 态 悬 浮介 质 两 种 ; 据 微 胶 囊 壳 材 料 的 原 料 类 别 进 行 分 根
3 S ho lo e sr n e c lEn i e rng,S u h Ch n c o fCh mity a d Ch mi a g n e i o t i a Unie st fTe h oo y, v ri o c n l g y
G a go gG agh u5 4 , hn ) u nd n u n zo 6 0 C ia 1 0
的内 部 和外 部 , 在 芯 材液 滴 的 表 面 进 行 反 应 , 成 聚 合 物 薄 膜 , 并 形 具 体 的过 程 见 图 1 。此 方 法 的 技 术 特 点 是 : 种 反 应 单 体 分 别 存 两
在 于 乳液 中不 相 混溶 的分 散 相 和 连 续 相 中 , 相 界 面 上 发 生 聚 合 在
法 制 备 微 胶 囊 相 变 材 料 的具 体 T 艺 。
1 1 界 面聚 合法 .
界面聚合法制备微胶囊 的过程 中, 囊的外壳是通过两类单 胶 体 的 聚合 反 应 而 形 成 的 。参 加 聚 合 反 应 的单 体 至 少要 有 两 类 , 一 类 是 油溶 性 的单 体 , 类是 水 溶 性 的 单 体 , 们 分 别 位 于芯 材 液滴 一 他
K e r s:p a e c a g tra s y wo d h s h n e mae l ;m ir c ps e;p e r to e h o o y; rs a c o r s i c o a ul r paa in tc n lg e e r h prg e s
随 着 人 类 生 活 水 平 的提 高 , 保 意 识 的 增 强 , 源 危 机 的 逼 环 能 近, 绿色节能 日益受 到人 们 的关 注… 。利用 物质 在其相 转变 过
图 1 界面聚合法合成微胶囊
F g 1 P e a ai n o c o a s ls b i tra ilp l me z t n i. rp rto fmir c p u e yn e fc a oy r ai i o
对 W/ O乳液体系的研究 , 以制备 出无机或有 无机复 合相变
广州 化工
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相 变 储 能 微 胶 囊 研 究 进 展
戴 险 峰 ,姚 培 ,陈华 荣
( 1广 州化 工 集 团有 限公 司 ,广 东 广 州 5 0 4 ;2常 州工程职 业技 术 学院化 工 系化 工原理组 , 16 0 江 苏 常 州 2 3 0 ;3华 南理 工 大 学化 学与化 工 学院 ,广 东 广 州 5 0 4 ) 12 0 16 0
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21 年 3 0 1 9卷第 1 期 1
采用原位聚合法制备 的 ME C P M在形貌 、 热性能和胶囊致密 性等方面都 能达到使用要求 , 与界面聚合法 相比 , 更胜一筹之处 在于其成壳材料 可以是水溶性 或油溶性单体 , 以是几 种单体 可 的混 合 物 , 可 以是 水 溶 性低 分 子 量 聚合 物 或 预 聚 物 , 现 了芯 也 实 材和壳材 的选择多元化 , 能够更好 的满 足人们 的需求 , 因此也成 为 目前合成 ME C P M最 常用的方法。但是 , 目前该方面 的研究都 局 限 于 O W 乳 液 体 系 , 用 于 包 覆 有 机 相 变 材 料 , 此 , 强 / 都是 因 加
摘 要 : 系统综述了微胶囊相变材料的制备方法、 性能改进及其应用领域, 突出阐述了微胶囊复合相变材料的研究进展, 最后
对 微 胶 囊 相 变 材 料 的发 展 前 景 进 行 了展 望 。
关键 词 : 相变材料; 微胶囊; 制备技术; 研究进展
Pr g e s o i r e a s l t d En r y — s o e a e Ch ng a e i l o r s fM c o nc p u a e e g — t r d Ph s a e M t r a s
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1 微 胶 囊 相 变 材 料 的 制备 工 艺及 改 性
由 于微 胶 囊 的包 囊 材 料 主 要 为 高 分 子 材 料 , 此 高 分 子 材 因
方法制备 的微胶囊壳层很薄 , 出现破裂等问题 。 易
作 者 简 介 : 险 峰 ( 94一) 女 , 士 , 戴 18 , 硕 主要 从 事 精 细 化 工 方 面 的 丁作 。E—m i x.ui g alCl al fjl @ m i Ol :d e . l
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腐蚀性等问题 , 提高 了相变材料 的使用效率 ,有利于改 善相变材 料 的应 用性 能 , 有 广 阔 的 应 用 前 景 , 渐 发 展 成 一 个 跨 学 科 、 具 逐 高
性能 、 用 途 的研 究 及 应 用 领 域 J 多 。因 此 , 近年 来 , 胶 囊 相 变 微
材料 的制 备及 应 用 已 成 为 蓄热 技 术 研究 领 域 的热 点课 题 。 本 文 对 微 胶 囊 相 变 材料 的制 备 工 艺 及 应 用 领 域 进 行 了 系 统
的归 纳 和综 述 , 重 点 介 绍 了 微 胶 囊 复 合 相 变 材 料 的研 究 进 展 , 并 希望 有 助 于这 方 面 的研 究 工作 。
反 应 。 由 于在 水 相 溶 解 的 聚 合 单 体 实 际 上 在 有 机 溶 剂 中也 有 一 定 溶 解度 , 以它 倾 向于通 过 相 界 面 进 入有 机 相一 侧 , 所 因此 聚合 反 应 通 常发 生 在 相 界 面 的 有 机 相 一 侧 。 这 种 制 备 微 胶 囊 的工 艺 方 便 、 单 , 应 速 度要 快 , 果好 , 需 要 昂贵 复杂 的设 备 , 以 在 简 反 效 不 可 常温下进行 , 避免 了由于严格控 制温度给操作带来 的困难。但此
料 的 制 备 方 法 一 般 也 适 用 于 微 胶 囊 的 制 备 , 备 微 胶 囊 的 具 体 制
程中的吸热和放热 , 可以进行热能 的储 存和温度 调节 控制 , 这种 具有热能储 存 和 温 度 调 控 功 能 的 物 质 称 为 相 变 材 料 ( hs P ae
C ag t i s P Ms , 用 其 固 一 或 固 一固 相 变 过 程 来 hneMa r l, C ) 利 ea 液 进行热量 的储存 和释放 的技术 称为相 变蓄热技术 。为 了提 高能 源利 用 效 率 、 护 环 境 、 决 热 能 供 给 与 需 求 失 配 的 矛 盾 , 变 保 解 相 蓄热 技 术 已得 到广 泛 的 应 用 , 其 是 在 太 阳 能 利 用 , 力 的 “ 尤 电 移 峰填 谷 ” 废 热 回收 利 用 以及 建 筑 与空 调 的 节 能 等 方 面 。 , 微 胶 囊 技 术 是 一 种 用 成 膜 材 料 把 固 体 、 体 或 气 体 包 覆 形 液 成微 小 粒 子 的技 术 。将 微 胶 囊 技 术 应 用 到 复 合 相 变 材 料 中而 形 成 的新 型 复合 相 变 材 料称 之 为 微 胶 囊相 变 材 料 ( con asl e Mi ecpua d r t P aeC ag t l sME C 。ME C 从 技 术 上 克 服 了 相 变 hs hneMa r l, P M) ea PM 物质 的 应用 局 限性 , 效 地 解 决 了 相 变 材 料 的泄 漏 、 分 离 以及 有 相
材 料微 胶 囊 是 十 分 必要 的 。
X, Y为 反 应 剂 ; X—Y) 为 聚合 产 品 (
1 3 悬浮交联 法 .
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
悬浮交联法与前 两种方法不同 , 是采用 聚合物为原料 , 即先 材、 聚脲为壳合成 了表面光滑 且粒径 约为 1I x m微胶囊 , 其相变 将 线 型 聚合 物 溶 解形 成 溶 液 , 后 , 然 当线 性 聚合 物进 行悬 浮 交 联 温度 为 2 3 8~ O℃ , 与正 十八 烷 相 当 , 其 相 变 焓 为 2 12Jg 略 固化 时 , 而 4 . / , 聚合 物 迅 速 沉 淀 析 出并 形 成 胶 囊 壳 , 法 可 采 用 溶 于 水 该 小 于 纯 正 十 八 烷 。 兰孝 征 等 采 用 界 面 聚 合 的 方 法 , 甲 苯 一 以 的或 能 溶 于 有 机 溶 剂 的 聚 合 物 作 为 微 胶 囊 壁 材 。在 该 方 法 中 , 24一 , 二异氰酸酯( D ) 乙二胺 ( D 为反应 单体 , 离子表 聚合 物 的固 化 可 以通 过 交 联 剂 ( 如 无 机 盐 、 、 酸 或 异氰 酸 T I和 E A) 非 例 醛 硝 面 活 性 剂 聚 乙 二醇 壬 基 苯 基 醚 ( P 为 乳 化 剂 , 成 了 正 二 十 烷 醋等 ) O ) 合 的作用 、 热改性 ( 即热凝聚) 的沉淀作用以及带相反电荷聚 为 相 变 材 料 的 聚脲 包 覆 微胶 囊 。结 果 表 明 , 芯 正 二 十 烷 、 正 合 物 之 间 的 结合 等方 法 来 实 现 J 囊 含 。鉴 于 该方 法 合 成 M P M 存 EC 二 十 烷 的 微 胶 囊 以 及 壁 材 料 聚 脲 , 够 耐 受 的 温 度 分 别 约 为 在一定的局限性 , 能 目前 , 关于该方面的研究报道并不多见 。
类主要有悬浮 聚合 、 乳液聚合 、 散聚合 、 分 沉淀聚合悬 浮缩 聚、 界 面缩 聚 、 聚合物沉淀 、 聚合物螯合 、 聚合物凝胶和硫 化床法等 J 。
化 学 法 又 称 为 聚 合 反 应 法 , 据 微 胶 囊 化 时 制 备 壳 层 所 用 根 材 料 , 及 聚 合 方 式 的 不 同 , 可 以 将 此 方 法 进 一 步 分 为 界 面 聚 以 又 合 法 、 位 聚 合 法 和 悬 浮 交 联 法 等 J 原 。本 部 分 将 重 点 介 绍 化 学
De a t n fCh mia g n e ig,Ch n z o n tt e o g n e n e h oo y,Gu ng o g Ch n z o 3 0 p rme to e c lEn i e rn a g h u I si fEn i e r g T c n l g ut i a d n a g h u 21 2 0;
技术取决 于所用高 聚物材料 的性 质 。根据涂层 方法不 同可 以将 微胶囊 的制备方法分成 以下 主要 j类 : 机械法 、 物理化学法 和化 学法 1根 据悬 浮介 质 的性质进 行分 类主要 分为液 态悬浮介 质 7;
和 气 态 悬 浮介 质 两 种 ; 据 微 胶 囊 壳 材 料 的 原 料 类 别 进 行 分 根
3 S ho lo e sr n e c lEn i e rng,S u h Ch n c o fCh mity a d Ch mi a g n e i o t i a Unie st fTe h oo y, v ri o c n l g y
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的内 部 和外 部 , 在 芯 材液 滴 的 表 面 进 行 反 应 , 成 聚 合 物 薄 膜 , 并 形 具 体 的过 程 见 图 1 。此 方 法 的 技 术 特 点 是 : 种 反 应 单 体 分 别 存 两
在 于 乳液 中不 相 混溶 的分 散 相 和 连 续 相 中 , 相 界 面 上 发 生 聚 合 在
法 制 备 微 胶 囊 相 变 材 料 的具 体 T 艺 。
1 1 界 面聚 合法 .
界面聚合法制备微胶囊 的过程 中, 囊的外壳是通过两类单 胶 体 的 聚合 反 应 而 形 成 的 。参 加 聚 合 反 应 的单 体 至 少要 有 两 类 , 一 类 是 油溶 性 的单 体 , 类是 水 溶 性 的 单 体 , 们 分 别 位 于芯 材 液滴 一 他
K e r s:p a e c a g tra s y wo d h s h n e mae l ;m ir c ps e;p e r to e h o o y; rs a c o r s i c o a ul r paa in tc n lg e e r h prg e s
随 着 人 类 生 活 水 平 的提 高 , 保 意 识 的 增 强 , 源 危 机 的 逼 环 能 近, 绿色节能 日益受 到人 们 的关 注… 。利用 物质 在其相 转变 过
图 1 界面聚合法合成微胶囊
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