紫外光引发微胶囊相变储热材料的制备与表征

摘要

相变储热材料利用自身在相变过程中的潜热可实现能量的储存与转化，不仅可有效解决能量供需不匹配的矛盾，而且可保护环境和提高能源利用效率。本文在利用多准则妥协解排序法对常用有机相变材料筛选的基础上，以优选的硬脂酸和石蜡为芯材，以甲基丙烯酸甲酯和其他丙稀酸酯类共聚物为壁材制备了微胶囊相变材料，对其结构和性能进行了表征与测试。
　　将多准则妥协解排序法引入相变材料的多属性决策中，根据影响相变材料实际应用的因素，构建了三个层次六个属性的评价体系，建立了基于多准则妥协解排序法的评价模型，指出了评价的方法和步骤。在此基础上，利用建立的模型对九种相变材料进行了综合性能优选排序。通过与文献中选用相变材料频率的比较，证明了多准则妥协解排序法在相变储热材料优选排序中的有效性，筛选出的综合性能最优的有机相变储热材料为硬脂酸和石蜡。
　　以优选的硬脂酸为芯材，聚甲基丙烯酸甲酯为壁材，通过紫外光引发单体聚合制备了硬脂酸/聚甲基丙烯酸甲酯（SA/PMMA）微胶囊相变储热材料，采用红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、示差量热扫描仪（DSC）和热失重分析仪（TG）等分析测试手段对SA/PMMA的结构和性能进行了表征与测试。结果表明，以价格低廉的 FeCl3为光引发剂引发制备微胶囊相变材料要比其它光引发剂具有更高的引发效率。因此，FeCl3是一种很具潜力的光引发剂。采用紫外光引发甲基丙稀酸甲酯聚合制备的微胶囊相变储热材料可以和热引发工艺所制备的材料相媲美，所制备出的微胶囊相变材料 SA的含量为52.20％，颗粒表面光滑，粒径均一，约为100nm。其熔融相变温度和凝固相变温度分别为55.3℃和48.9℃，对应的相变潜热分别为102.1J/g和99.8J/g。
　　以石蜡为芯材，分别以丙烯酸甲酯（MA）、丙烯酸乙酯（EA）丙烯酸丁酯（BA）和甲基丙烯酸甲酯的共聚物为壁材，采用乳液聚合法在紫外光引发条件下制备了微胶囊相变材料。结果表明，相同比例下不同共聚物为壁材的微胶囊相变材料 PCM1的熔融潜热为55.4J/g、凝固潜热为62.3J/g。PCM2的熔融潜热为62.2J/g、凝固潜热为70.2J/g。PCM3的熔融潜热为67.7J/g、凝固潜热为77.1J/g。其包封率分别为0.32、0.67和0.91。随着壁材单体支链的增长所制备出的微胶囊材料的相变潜热也随之增大，并且相变材料的潜热与其芯材的包覆率呈正比。此外，当 BA占单体总量的33%时，微胶囊相变材料的粒径均匀且最小，热稳定性、储热稳定性及储放热性能最优。
　　以石蜡为相变芯材，甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯共聚物为壁材，采用悬浮聚合法在紫外光引发下制备出 paraffin/P(MMA-co-BA)微胶囊相变材料具有规整的球形外貌，球形表面较为光滑，粒径均一约为800nm。石蜡的包覆率为73.4%，熔融相变温度分别为46.8℃和61.4℃、凝固相变温度分别为42.5℃和56.7℃、熔
　　融潜热和凝固潜热分别为94.0J/g和109.8J/g，同时具有良好的储热稳定性和热稳定性。

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第1章 绪 论

1.1 课题意义

1.2 相变材料

1.3 微胶囊相变材料

1.4 课题研究的目标、内容和创新点

第2章 基于VIKOR法的低温相变材料优选

2.1 相变材料优选评价体系的构筑

2.2 基于VIKOR法的优选评价模型

2.3. 实例分析——常见相变储热材料的评价

2.4 本章小结

第3章 SA/PMMA微胶囊相变材料的制备与表征

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第4章 石蜡/丙烯酸酯类共聚物微胶囊相变材料的制备与表征

4.1 实验部分

4.2结果与讨论

4.3 本章小结

第5章 石蜡/P(MMA-co-BA)微胶囊相变材料的制备与表征

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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