摘 要

目前，通过使用相变材料来提高能源的利用率越来越被人们所重视，但是相变材料存在相变体积大而容易从基材中泄露的问题，导致其使用寿命降低，因此提出采用微胶囊化技术将相变材料包封的解决办法，同时也扩展了相变材料的应用领域范围。

本实验选用了悬浮聚合法即以合成高分子材料包覆芯材的方式，制备出了微胶囊相变材料。壁材选用合成的聚甲基丙烯酸甲酯，芯材选用十二醇。通过选用不同种类的乳化剂，改变芯壁比，改变乳化时的转速做出一系列不同的试样，然后通过SEM、FI-IR、粒度分析、DSC等测试方法来探究这些因素与壁材表面形貌和热学性能的关系。

实验结果表明悬浮聚合法制备微胶囊相变材料，乳化剂选择OP-10，乳化转速为5000 rpm，芯壁比为1:1的条件下乳化15 min，制备得到的微胶囊的平均粒径为55 μm左右，粒径呈正态分布，微胶囊呈现规则球状，分散性好。微胶囊的相变温度和相变焓值分别为22.67 ℃，20.92 J/g。

关键词：聚甲基丙烯酸甲酯 十二醇 微胶囊 相变材料 悬浮聚合法

Preparation and Characterization of PMMA/Dodecyl Alcohol Microcapsule Phase Change Materials

Abstract

At present, using phase change materials to improve energy utilization has caught many peoples’ attention. However, phase change materials have large phase change volume and are easy to leak from the substrate, results in the decrease of its service life. Therefore, a solution for encapsulating phase change materials by microencapsulation technology has been proposed, and the application range of phase change materials has also been expanded.

In this experiment, microcapsule phase change material was prepared by suspension polymerization method, which is a method of coating a core material with a synthetic polymer material. The wall material is made of synthetic polymethyl methacrylate, and the core material is dodecyl alcohol. By selecting different kinds of emulsifiers, changing the core-wall ratio, changing the rotational speed of the emulsification to make a series of different samples. Then the SEM, FI-IR, particle size analysis, DSC and other test methods were used to explore the relationship between these factors and the surface morphology and thermal properties of the wall material.

This experimental results show that the microcapsule phase change material prepared by suspension polymerization way uses OP-10 as emulsifier. Under the conditions of emulsification time of 15 min, emulsification rotation speed of 5000 rpm and core-wall ratio of 1:1, the average particle diameter of the prepared microcapsules was about 55 μm. The particle size distribution is relatively concentrated and have good dispersibility, and the microcapsules have a regular spherical shape. The phase transition temperature and phase transition enthalpy of the microcapsules were 22.67 °C and 20.92 J/g, respectively.

Key words: Polymethyl methacrylate; Dodecanol; Phase change material; Suspension polymerization

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2相变材料概述 1

1.3相变微胶囊的概述 2

1.4相变微胶囊的组成 2

1.4.1芯材的选取 3

1.4.2壁材的选取 3

1.5制备相变微胶囊的方法 3

1.5.1原位聚合法 4

1.5.2界面聚合法 4

1.5.3悬浮聚合法 4

1.5.4其他聚合法 5

1.6微胶囊相变材料的表征 6

1.7本课题的研究目的及内容 7

第二章 实验设计方法和内容 8

2.1实验药品与仪器 8

2.2微胶囊相变材料的制备 9

2.2.1壁材甲基丙烯酸甲酯的处理 10

2.2.2乳液的乳化 10

2.2.3微胶囊相变材料的制备 10

2.3微胶囊的分析表征方法 10

2.3.1红外光谱分析(FT-IR) 10

2.3.2差示扫描量热分析(DSC) 11

2.3.3粒度分析 11

2.3.4扫描电镜微观图像分析(SEM) 11

第三章 实验结果分析与讨论 12

3.1微胶囊形成机理 12

3.2PMMA/十二醇微胶囊制备 13

3.2.1乳化剂的影响 13

3.2.2乳化转速的影响 16

3.2.3芯壁比的影响 16

3.3PMMA/十二醇微胶囊表面形态分析 17

3.4 PMMA/十二醇微胶囊红外分析 18

3.5 PMMA/十二醇微胶囊热分析 19

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 绪论

1.1引言

近年来，由于传统化石燃料的枯竭，燃烧产生的污染物的增加以及能源价格的持续上涨，可再生能源出现在大众的视线内。鉴于太阳能的特性，太阳直接辐射被认为是解决全球能源危机逐渐恶化的最有希望的方法。但是，由于太阳能的间歇性和不稳定性，这种形式的能源的大规模利用面临着许多技术和经济问题。热能储存(TES)，尤其是潜热储存，因其具有高储热效率，温度稳定性和易于控制的优点，成为解决这一问题的可行方法^[1]。

相变材料(Phase change material)作为有前景的潜热储存材料，在相变过程中，具有在较窄的温度变化范围内吸收和释放大量热能的能力。但是由于相变材料本身存在问题，比如在相变过程中容易从基体泄漏，以及相变过程中过冷、相隔离的问题。近二十年来有了许多关于微胶囊化相变材料的研究，由于微胶囊化相变材料具有传热面积大，相变材料与外界环境不反应，泄漏少以及相变时体积变化可控制的优点，已经被认为是建筑和航天航空工程领域储存热能的潜在材料^[2]。微胶囊化技术也成为了解决相变材料储热问题的有效手段。

1.2相变材料概述

相变材料(PCM)指的是温度不变只改变物质状态，并且在这个改变物质状态的过程中产生大量热量的物质。相变过程就是同一个物质在不同的两个相，比如液相和固相之间发生转变的过程，相变材料将吸收或释放大量的潜热。

在过去的几十年中，已经研究得知相变材料在多种领域中的应用非常有效，并且由于它们在相变过程中具有很大的储热能力和等温行为而具有良好的热调节性能^[3]。具有较宽温度范围的相变材料包括有机材料，例如石蜡，聚酯，脂肪酸和醇，或者是含有纯元素，金属，合金，盐和硅酸盐的无机材料^[4]。石蜡(即正构烷烃)，是优于其它PCM的物质，由于它具有良好的储热能力，过冷和体积变化小，化学和热稳定性好并且无毒。此外，石蜡的熔融和结晶温度可以通过碳的数量容易地调节。然而，相转变过程中散装石蜡的泄漏限制了其进一步的应用。

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