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用于建筑定型储热材料的二氧化钛壳包覆石蜡微胶囊的制备与表征
雷草,方糖,桂银芳
南京大学物理系中国南京210093
摘要:微胶囊石蜡与二氧化钛(TiO2)通过溶胶-凝胶法制备应用在建筑上形状稳定的储热材料。在芯- 壳结构中,石蜡用来作相变材料(PCM),从四正丁基钛酸盐(TNBT)中制备的二氧化钛充当壳材料。用傅里叶变换红外光谱(FT-IR),X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)来确定化学结构,晶相组成和显微结构。用差示扫描热量计(DSC)和热重分析仪(TGA)分析热性能和热稳定性。FT-IR和XRD分析结果表明,石蜡和TiO2的特征峰可以在微胶囊石蜡与TiO2壳中被观察到。DSC结果表明,%,℃,/ ℃,,微胶囊都表现出类似的相变特性。

作为储热材料的最有前途的材料之一,相变材料(PCM)已经吸引了越来越多的关注,由于其高能量储存密度和近等温储热的过程。到目前为止,已经研究了各种相变材料包括石蜡鳍,脂肪酸,盐水合物和烷烃不同的应用,[1-5]。,相变材料被应用在太阳能采暖和建筑节能系统上已经近十年。建筑产品上的相变材料不仅可以存储大量的热能,并且没有大型结构质量与显热储存,这不仅可以降低建筑能源消耗,而且平室内温度的波动,改善室内热环境和建筑表现(6 - 8)。
石蜡是有机相变材料中最广泛使用的一个,因为是无腐蚀性的,无毒的,化学惰性的,稳定的,合理的购买成本和高能量存储密度。然而,它不容易的被直接使用在热能储存中,因为它的热传导率低且熔融石蜡[9]会发生泄漏。所以微胶囊已被开发来克服这些缺点。微胶囊相变材料(微胶囊相变材料s)是微米尺寸的PCM笼罩在一种无机或高分子外壳。微胶囊相变材料(微胶囊相变材料s)是微米尺寸的包裹在一种无机或高分子外壳中相变材料。较小的相变材料颗粒得到较大的表面与体积比,因此热传递效率大大提高[10,11]。同时,微胶囊相变材料的壳可以防止熔化的相变材料的泄漏,如相变发生时控制量的变化,还可以从外部环境保护相变材料。这些特点使微胶囊相变材料在储能应用上的功能更强大[12-15]。
几种方法已经被开发微胶囊化相变材料,如喷雾干燥,喷雾凝结[11,16],界面聚合[17],悬浮聚合[18]和原位聚合[19-21]。对微胶囊壳材料的选择对微胶囊的性能起着非常重要的作用。在以往的研究中通常使用的有机聚合物或硅胶为壳体材料[3,22,23]。然而,聚合物壳的微胶囊的应用通常由于其毒性,易燃性,导热系数低,热稳定性差[9,24 ]而收到制约。因此,最近一些无机壳材料如SiO2[9,12,21]和AlOOH被使用在微胶囊相变材料中,但是到现在为止,用二氧化钛壳微胶囊相变材料合成和性质很少被报道。
在本文中,微胶囊石蜡作为芯材料和二氧化钛作为外壳材料使用溶胶- 凝胶法制备。二氧化钛作为壳体材料,通过水解缩合反应制备了四正丁基钛酸盐(TNBT)。二氧化钛壳可以提高热稳定性以及降低微胶囊的易燃性,因此,它们可广泛用在建筑物的热能存储系统中。
表1石蜡乳液和TNBT的溶液的混合物
样本
石蜡乳液
TBNT溶液
石蜡
(g)
去离子
水(ml)
SDS
(g)
TBNT
(g)
乙醇
(g)
MPCM1
20
300

25
80
MPCM2
25
300

25
80
MPCM3
30
300

25
80
MPCM4
35
300

25
80
MPCM5
30
300

25
80
MPCM6
30
300

25
80
图1 TNBT水解反应机理
2实验

四正丁基钛酸酯(纯度的百分比≥98%,南京化学试剂公司)被用作预聚体。无水乙醇和去离子水(纯度的百分比≥99%,南京化学试剂公司)用作溶剂。石蜡(南京华康化学试剂公司)用作潜热蓄热的相变材料。石蜡是饱和的烷烃(为CnH2n+ 2),熔点为57-60℃, kJ/kg,℃和密度为916 kg/m3。十二烷基硫酸钠(SDS)(纯度百分率≥90%,江苏华康贵弥功校准试剂公司)作为乳化剂。盐酸(纯度百分比:36-38%,南京化学试剂公司)用于控制pH值。

在烧杯中把不同的质量比(表1中所列)的石蜡和SDS加入到去离子水中以形成油/水(O / W)乳液。然后用磁搅拌器将溶液以800rpm的速率连续地搅拌40分钟,同时将温度控制在70◦C。最后,石蜡被均匀地分散在O / W型微