潜热型纳米胶囊功能热流体的制备及性能

摘要

潜热型功能热流体(Latent functionally thermal fluid，LFTF)为特殊的固一液两相流体，其中固体分散相可为胶囊化的相变材料，液体连续相为热传输流体。由于相变胶囊在相变过程中释放或吸收潜热，以及在胶囊周围存在的微对流强化，与普通单相传热流体相比，LFTF有很大的表观比热，可明显增大传热流体与流道壁面间的传热能力，是一种集储热与强化传热功能于一身的新颖材料。 本文采用超声波工艺及细乳液原位聚合法，制备了以聚苯乙烯(PSt)为囊壁、正十八烷(Oct)为囊芯的纳米胶囊。系统考察了热力学因素(引发剂、乳化剂、单体与正十八烷比以及电解质等)、动力学因素(链转移剂、亲水性共单体)等对纳米胶囊形态和热性能的影响。应用激光粒度分析仪、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)、差示扫描量热(DSC)、X-射线衍射(XRD)以及热失重(TG)等分析手段对纳米胶囊的形貌、蓄热性能以及热稳定性进行了表征和测试。研究表明：采用油溶性引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)可以较好地形成规整的球形纳米胶囊，而采用水溶性的引发剂过硫酸钾(KPS)则易生成球状变形体。适量的链转移剂加入有利于聚合物链囊壁与囊芯的相分离，形成规整的球形结构。阴离子表面活性剂的用量存在着一个最佳值，而一定量的复合乳化剂可以达到最佳效果；乳化剂的用量对胶囊的粒径有很大影响。单体与正十八烷之间存在着合理的比例，正十八烷用量太少，相应的相变焓达不到应用要求，太多则形成的壳层太薄容易破裂。添加少量亲水性共单体可有效的促进核壳结构的形成，但过量则易形成均聚物。电解质的加入引起体系的不稳定，乳液易分层。 适宜的纳米胶囊相变材料制备条件为：引发剂AIBN 0.5％(油相质量百分比，下同)：链转移剂正十二硫醇(DDM)0.4％；复合乳化剂(十二烷基硫酸钠(SDS)和辛烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10))总量2％，配比1：1；正十八烷/苯乙烯为1：1；1％亲水性共单体丙烯酸丁酯(BA)或3％甲基丙烯酸甲酯(MMA)。制得的纳米胶囊相变材料，其Z均粒径为124nm，相变焓可达124.4 kJ·kg<'-1>，聚苯乙烯外壳有很好的热稳定性。热稳定性及粘度测试显示：纳米胶囊相变材料乳液稳定性高、粘度较小，适合作为功能热流体。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2相变材料研究简述

1.2.1相变材料分类及性质

1.2.2相变材料的应用及研究进展

1.3纳米胶囊相变材料

1.3.1胶囊化技术

1.3.2纳米胶囊相变材料结构组成

1.3.3纳米胶囊的制备方法

1.3.4纳米胶囊相变材料的应用前景

1.4(细)乳液技术概述

1.4.1乳液聚合

1.4.2细乳液聚合

1.5潜热型功能热流体

1.5.1相变乳状液功能热流体

1.5.2潜热型胶囊功能热流体

1.6本课题研究内容及创新

1.6.1课题的提出

1.6.2课题的研究内容

1.6.3课题的创新之处

1.6.4课题的项目资助

第二章实验部分

2.1实验药品与仪器

2.1.1主要原料及试剂

2.1.2主要的实验仪器及设备

2.2纳米胶囊相变材料制备过程

2.3超声乳化装置、反应装置及乳液照片

2.4原料分析

2.4.1囊芯正十八烷的分析

2.4.2壳层聚苯乙烯的分析

2.5测试与表征

2.6本章小结

第三章纳米胶囊相变材料理论分析及制备

3.1制备纳米胶囊的理论分析

3.1.1热力学分析(TORZA和MASON的理论)

3.1.2动力学分析(簇动力学模型)

3.1.3研究内容的确定

3.2超声参数及反应条件的确定

3.2.1超声参数的确定

3.2.2反应条件的确定

3.3制备条件的影响

3.3.1引发剂类型和用量的影响

3.3.2链转移剂的用量

3.3.3乳化剂的用量和类型

3.3.4芯核比(ROCT/ST)的影响

3.3.5亲水性共单体的影响

3.3.6电解质的影响

3.4本章小结

第四章纳米胶囊的形貌结构与热性能分析

4.1纳米胶囊形貌结构

4.1.1粒径分析

4.1.2透射电镜分析

4.1.3红外光谱分析

4.1.4 X-射线衍射分析

4.2纳米胶囊的热性能

4.2.1差示扫描量热(DSC)分析

4.2.2热重分析(TG)

4.2.3样品(乳液)热稳定性

4.3乳液粘度测试

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见