木质素皮克林乳液模板法构筑生物基相变微胶囊

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相变材料微囊化可以实现相变材料的永久封装,既可以解决相变材料直接使用过程中易泄漏、挥发、稳定性差等问题,又可以提高相变材料的循环耐久性、与聚合物基体的相容性,拓展相变材料的应用范围。目前,关于石油基烷烃类相变材料微囊化的研究已经有很多,而关于极性脂肪酸和脂肪醇类相变材料微囊化的研究却鲜有报道。十二酸和正十四醇(TDA)作为相变材料,具有无毒、可再生、纯度高、成本低、高焓值、相变点适宜等优点。此外,相变微胶囊的聚合方法以传统乳液聚合法为主,在生产过程中需要使用合成表面活性剂。这些表面活性在使用过程中,易起泡沫并且表面活性剂的回收、降解比较困难。木质素是植物界中仅次于纤维素的含量第二丰富的天然高分子,具有可再生、可生物降解、无毒等优点。由于化石能源的短缺和生态环境的恶化,如何提高能源利用率和开发利用可再生资源已成为当下众多学者研究的热点。
  本文以生物基的十二酸,TDA和木质素为原料,主要开展了以下几个方面的工作:(1)纳米木质素(LNPs)悬浮液的制备;(2)采用LNPs稳定的皮克林乳液模板法制备十二酸和TDA相变微胶囊。探讨了MMA/St共聚比例、芯材比、交联剂种类、交联剂用量等变量对微胶囊形貌和热性能的影响,并对其循环稳定性、密封性进行了评价;(3)将合成的TDA相变微胶囊与建筑材料石膏相结合,制备了石膏/相变微胶囊复合材料,对复合材料的微观结构和储能、调温性能进行了表征。
  实验结果表明:(1)丙酮/水体系可以成功制备纳米的木质素悬浮液,所制得的纳米木质素具有良好的球形形貌和乳化性能;(2)十二酸相变微胶囊的最佳制备工艺条件为:MMA/St共聚比例为2/1,核壳比为1/1,交联剂为季戊四醇四丙烯酸酯(PETRA)。此时,制备的相变微胶囊具有完整的球形和光滑的表面,可以经受1.8×106Pa的压力处理。此外,该微胶囊具有良好的热循环稳定性,经过120次加热/冷却循环测试后微胶囊的焓值变化在3%以内;(3)核壳比和交联剂PETRA用量对TDA微胶囊的形貌和热焓有重要影响。当核壳比为2/1,交联剂用量为单体质量的10%时,制备的微胶囊的包覆率可达81.4%(190J/g)。此外,该相变微胶囊具有良好的密封性,在60℃加热60h后,熔融焓仅下降了4.1%。(4)本文所制备的石膏/微胶囊复合材料具有良好的储能调温性能。在相同的加热时间下,含有20wt.%相变微胶囊的复合材料表面温度比空白样表面温度低15℃。
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