纳/微米胶囊相变材料的制备及其性能研究

论文摘要

新世纪人类社会将要解决的重要问题是提高能源利用率,实现以低能耗、低污染、低排放和高效能、高效益为特征的低碳发展,形成可持续发展的能源资源体系。纳/微米胶囊相变材料（N/MEPCMs）作为一种新型的传热和蓄热介质,可将一定形式的热量在特定的条件下贮存起来,并能在特定的条件下加以释放和利用,实现人们能量需求与供应的一致性,并达到节能降耗的目的。N/MEPCMs改善了传统相变材料的传热性、稳定性和加工性,具有更广泛的应用价值,越来越受到研究者的广泛关注。本文采用自乳化法,制备了一种以离子型聚氨酯（IPU）为壳材,正十八烷为芯材的N/MEPCMs,此方法具有工艺简单、操作方便、环保等优势。本文主要开展了以下三个方面的工作:1、设计合成了三种具有两亲性且链段结构中含有不饱和链段的IPU,以目前使用较广泛的二羟甲基丁酸（DMBA）为亲水扩链剂引入离子基团,还以不同的封端剂（NaHSO3、MEKO、MOL）封端。2、以上述三种离子型聚氨酯为乳化剂,分别将石蜡/正十八烷乳化在水中,得知:三种IPU不仅具有良好的自乳化能力,而且能够将石蜡/正十八烷稳定且均匀的乳化在水中,形成200600 nm左右的乳液粒子;MEKO-IPU较其它两种IPU具有更好的乳液稳定性;石蜡/正十八烷乳液的粒径随着IPU含量的减小而不断增大;封端结构的不同致使乳液的粒径、电导率等有较明显的变化。3、以MEKO-IPU为壳材,正十八烷为芯材,经过乳液聚合得到N/MEPCMs,并采用FT-IR、TEM、DLS、DSC等方法对N/MEPCMs进行表征。结果表明:合成的MEKO-IPU作为壳材既有足够的强度和硬度支撑芯材,又有理想的弹性承受芯材相变前后的体积变化,其分子结构及分子量均能满足制备N/MEPCMs的需求;N/MEPCMs粒子具有明显的核壳结构,表面光滑且分布均匀;N/MEPCMs升降温曲线与正十八烷相似,呈单峰分布,且相变温度偏差较小,相变焓可达80 J/g左右。此外,正十八烷型N/MEPCMs几乎没有过冷现象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 相变材料
• 1.2.1 相变材料的基本概念
• 1.2.2 相变材料的分类
• 1.2.3 相变材料的蓄热机理
• 1.2.4 相变材料的传热模型
• 1.2.5 理想相变材料的选择
• 1.3 纳/微米胶囊相变材料
• 1.3.1 微胶囊技术
• 1.3.2 纳/微米胶囊相变材料的结构
• 1.3.3 纳/微米胶囊相变材料的优点
• 1.3.4 纳/微米胶囊相变材料的应用
• 1.3.5 纳/微米胶囊相变材料的制备方法
• 1.4 聚氨酯纳/微米胶囊相变材料的研究
• 1.4.1 水性聚氨酯
• 1.4.2 水性聚氨酯的分类
• 1.4.3 水性聚氨酯的合成方法
• 1.4.4 水性聚氨酯自乳化的过程
• 1.4.5 水性聚氨酯乳液的稳定机理
• 1.5 本课题的研究内容及意义
• 第二章 离子型聚氨酯的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 分子设计
• 2.2.2 主要实验药品
• 2.2.3 主要实验仪器
• 2.2.4 试验原料预处理及预备试验
• 2.2.5 IPU 预聚体的合成
• 2.2.6 IPU 预聚体的表征
• 2.2.6.1 IPU 分子结构的红外（FT-IR）分析
• 2.2.6.2 IPU 分子量及分子量分布的测定
• 2.3 结果与讨论
• 3-IPU 图'>2.3.1 NaHSO₃-IPU 图
• 2.3.2 MEKO-IPU 图
• 2.3.3 MOL-IPU 图
• 2.3.4 IPU 的分子量及分子量分布
• 2.4 本章结论
• 第三章 离子型聚氨酯乳化石蜡/正十八烷的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验设计
• 3.2.2 主要实验药品
• 3.2.3 主要实验仪器
• 3.2.4 石蜡/正十八烷乳液的制备
• 3.2.5 IPU 乳液性能的表征
• 3.2.5.1 乳液粒径的动态光散射（DLS）分析
• 3.2.5.2 乳液电导率的测定
• 3.2.5.3 乳液稳定性的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 离子型聚氨酯（IPU）对石蜡乳液的粒径的影响
• 3.3.2 IPU 乳化石蜡/正十八烷的乳液稳定性
• 3.3.3 离子型聚氨酯（IPU）乳化石蜡的电导率
• 3.4 本章结论
• 第四章 正十八烷型纳/微米胶囊相变材料的制备及其性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验设计
• 4.2.2 主要实验药品
• 4.2.3 主要实验仪器
• 4.2.4 最佳乳液聚合条件的实验
• 4.2.5 N/MEPCMs 的制备
• 4.2.6 N/MEPCMs 的性能表征
• 4.2.6.1 最佳乳液聚合条件测试
• 4.2.6.2 动态光散射（DLS）测试
• 4.2.6.3 透射电镜（TEM）观察
• 4.2.6.4 差示扫描量热分析（DSC）
• 4.3 结果与讨论
• 4）₂S₂O₈ 的用量'>4.3.1 苯乙烯转化过程中引发剂（NH₄）₂S₂O₈的用量
• 4.3.2 N/MEPCMs 的交联反应前后的粒径
• 4.3.3 N/MEPCMs 的透射电镜分析
• 4.3.4 N/MEPCMs 的热性能
• 4.4 本章结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文目录