Sar?等[22]采用乳液聚合法制备了粒径在0.14~0.4μm的正十七烷-聚甲基丙烯酸甲酯相变微胶囊。其中正十七烷是芯材,聚甲基丙烯酸甲酯是壳材,包覆率为37%.这种相变微胶囊经过5000次冻融循环后储热能力和相变温度几乎不发生改变,芯材与壳材不会发生化学反应。尚建丽等[23]以石蜡为芯材,聚脲和聚氨酯为壁材,采用界面聚合法制备了单层和双层壁材的相变微胶囊,结果表明,与同条件下制备的单层壁材微胶囊相比,双层壁材微胶囊在合成过程中反应充分、产率较高,在室温环境下相变温度为19.02℃,且保持了较高的相变潜热(79.9J/g),适合于建筑用相变材料。Su等[24]采用原位聚合法,以甲醇改性三聚氰胺聚甲醛为壁材,石蜡为芯材合成相变微胶囊。FT-IR结果表明,这种原位聚合法在降低甲醇残余量的同时,还可以增强材料的交联结构。通过改变合成过程中的转速可以有效控制合成微胶囊相变材料的粒径。
2.2脂肪酸及其衍生物的应用
脂肪酸及其衍生物因其良好的蓄热性能和低廉的价格被广泛应用在建筑节能领域。在储能领域应用的饱和脂肪酸一般有癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸。表2[10,12]列出了这些饱和脂肪酸的热性能。从表2中不难看出这些脂肪酸的相变温度均高于暖通空调设计规范要求的冬季18~22℃,夏季24~26℃.因此需要将脂肪酸的相变温度降低。根据施罗德公式,将两种或两种以上的脂肪酸熔融结晶可以得到特定温度的相变材料,这样的相变材料被称为二元(多元)相变材料。Zuo等[25]制备了月桂酸-肉豆蔻醇二元相变储能材料,并制备了肉豆蔻醇质量分数在10%~80%范围内的一系列低共融相变材料。经过DSC测试得知:随着肉豆蔻醇含量的增加,低共融相变材料的熔融温度逐渐降低;当肉豆蔻醇的含量超过60%之后,相变温度则逐渐增高;肉豆蔻醇质量分数为60%时,低共融相变材料的相变温度为24.33 ℃,相变潜热为161.45J/g.为了测试低共融相变材料的热稳定性,研究者分别进行了30次和90次冻融循环,测试结果表明,无论是材料的比热容还是相变潜热都没有发生明显的衰退,说明低共融相变材料具有良好的热稳定性。
为了防止材料在相变时发生泄露,对脂肪酸进行封装是必要的。Li等[26]用不同的脂肪酸分别制备了相变温度为19.1℃、22.1℃、26.8℃、35.2℃、36.7℃、53.2 ℃的二元脂肪酸相变材料,然后用不同孔径的硅藻土与二元脂肪酸相变材料复合。经DSC测试,根据施罗德公式可以计算出不同配比二元脂肪酸的相变温度。硅藻土的孔隙结构可以对脂肪酸进行有效的吸附,从而防止材料在相变时发生泄漏。二元脂肪酸-硅藻土复合相变材料的相变潜热较二元脂肪酸的相变潜热降低57%,相变温度少量升高。
Wang等[27]用二元脂肪酸相变材料与聚甲基苯烯酸甲酯制备定型相变材料,并对这种复合材料的微观形态和热性能做了表征。他们分别用癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸和硬脂酸作原料,根据不同比例制备出4种相变材料,其热性能如表3所示。另外,他们分别将4种二元脂肪酸与聚甲酯苯烯酸甲酯混合,制得定型相变材料。经SEM扫描发现,聚甲基苯烯酸甲酯作为支撑材料将相变材料包覆在其三维网络结构之内,在相转变时不会发生泄漏。经过冻融循环测试后进行DSC分析发现,月桂酸-肉豆蔻酸低共融相变材料含量为70%时,潜热值最大且不会发生泄漏。张天友等[28,29]以多孔膨胀石墨为载体、硬脂酸丁酯为相变材料制备了相变储热复合材料,将所得材料与脱硫石膏和高分子乳液BASF400混合制备了相变储能石膏板,发现当m(硬脂酸丁酯)∶m(膨胀石墨)=15∶1时,DSC测得复合材料的相变温度为16.2℃,相变潜热为112.4J/g.在张天友等研究的基础上,Shi等用石膏将吸附相变材料后的石墨成型,他们发现石膏质量不超过总质量的5%可以保证定型相变材料的储热性能和力学性能最佳。王宏丽等[30]用真空吸附法制备了硬脂酸正丁酯-聚苯乙烯定型相变材料,其熔融温度为16.8℃,凝固温度为20.6℃,潜热值分别为72.3J/g和72.9J/g;经1000次冻融循环后,进行DSC测试和红外光谱扫描(IR),相变潜热和材料结构均没有发生变化,表明定型相变材料具有良好的热稳定性。
Karaipekli等[31]用赤藓糖醇棕榈酸和赤藓糖醇酸作为相变储能材料,水泥和石膏粉作为支撑材料,将二者混合后得到复合相变储能材料。分别用SEM和FT-IR对复合材料进行表征,结果表明支撑材料很好地将相变储能材料包裹在其三维网状结构之中,经1000次冻融循环之后进行DSC和TGA表征,复合材料并没有发生明显的潜热衰退和化学反应。