無機(jī)相變儲能材料

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1、能力素質(zhì)拓展訓(xùn)練無機(jī)相變儲能材料水合鹽Na2HPO4·12H2O微膠囊李汶卒（武漢理工大學(xué)高分子0801）摘要：微膠囊化相變材料是將微膠囊技術(shù)應(yīng)用于相變材料而形成的新型技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。該文以無機(jī)鹽Na2HPO4·12H2O為芯材，有機(jī)高聚物聚氨酯為壁材，以界面聚合法合成無機(jī)相變材料的微膠囊，并用紅外光譜儀，透射電子顯微鏡（TEM），差示掃描量熱儀（DSC），熱重分析儀（TG）對其性能進(jìn)行評價(jià)。關(guān)鍵詞：相變材料，微膠囊，界面聚合，十二水磷酸氫二納，聚氨酯1.前言相變儲能是利用相變材料的相變熱進(jìn)行能量貯存的一項(xiàng)新型環(huán)保節(jié)能技術(shù)。相變材料是在

2、其本身發(fā)生相變的過程中，吸收環(huán)境的熱量，并在需要時(shí)向環(huán)境放出熱量，而達(dá)到控制周圍環(huán)境溫度和節(jié)能的目的。它已在制冷低溫、太陽能利用、建筑節(jié)能、航空航天等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用[1-2]。相變儲能材料按照其化學(xué)組成可以分為：無機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料和混合相變材料。無機(jī)類中典型的是無機(jī)鹽結(jié)晶水合鹽類，如：Na2SO4·10H2O、CaCl2·6H2O、Na2HPO4·12H2O等[3]。它廣泛的應(yīng)用于中、低溫相變儲能中，具有使用范圍廣、導(dǎo)熱系數(shù)大、融解熱較大、貯熱密度大、相變體積變化小、毒性小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。但是，這類材料通常存在著兩個(gè)問題，一是過冷現(xiàn)

3、象，另一個(gè)是出現(xiàn)相分離[4]。相變材料的封裝方式有：容器封裝、有機(jī)物插層、高聚物接枝、及微膠囊化等多種方法。本文探討以無機(jī)鹽為芯材的微膠囊的制備。選取低溫相變材料中單位質(zhì)量儲熱量最大的水合鹽十二水磷酸氫二納（Na2HPO4·12H2O）以為囊芯，以甲苯-2，4-二異氰酸酯與乙二醇縮聚合成聚氨酯囊壁，用界面聚合法制備Na2HPO4·12H2O微膠囊。2．實(shí)驗(yàn)2.1界面聚合方法制備水合鹽Na2HPO4·12H2O微膠囊原理2.1.1實(shí)驗(yàn)試劑、儀器甲苯-2，4-二異氰酸酯（TDI），化學(xué)純；乙二醇，化學(xué)純;正二十烷，化學(xué)純;Span80，;氯仿，分析純

4、；環(huán)己烷，分析純；二月桂酸二丁基錫。數(shù)顯攪拌器，紅外光譜儀，透射電子顯微鏡（TEM），差示掃描量熱儀（DSC能力素質(zhì)拓展訓(xùn)練），熱重分析儀（TG）。2.1.2界面聚合的原理、方法界面聚合法制備微膠囊化相變材料反應(yīng)原理界面聚合法：利用界面縮聚反應(yīng)合成高分子聚合物囊壁。首先將囊芯、一種含雙(多)功能團(tuán)的單體加入溶劑制備成均勻的溶液，將其乳化分散在不相溶的溶劑中形成微小的液滴，然后滴加另一種含雙(多)功能團(tuán)的單體，兩種單體在界面上發(fā)生縮聚反應(yīng)。反應(yīng)通常在水-有機(jī)溶劑體系中進(jìn)行：水溶性的單體常用二元(多元)胺、二元(多元)醇；油溶性的單體有酰氯、磺酰氯、

5、異氰酸酯、二氯甲酸酯、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅氧烷預(yù)聚體等，形成聚酰胺、聚磺酰胺、聚胺酯、聚脲、聚酯、環(huán)氧樹脂、聚硅氧烷等[5]。界面聚合制備微膠囊視芯材的不同性質(zhì)選取不同的單體、溶劑體系。制備無機(jī)水合鹽微膠囊時(shí)，應(yīng)選取水/油乳化體系，體積小的無機(jī)鹽分散在有機(jī)物連續(xù)相中。乳化劑選擇Span80。微膠囊的制備方法都著眼于實(shí)際應(yīng)用，要求生產(chǎn)的周期短，反應(yīng)速度要快，所以采用低溫縮聚反應(yīng)。這類反應(yīng)的油溶性單體是酰氯或異氰酸酯，水相中單體為胺或醇。反應(yīng)活性酰氯高于異氰酸酯，胺高于醇，它們在室溫即發(fā)生縮聚[6]。油相的選擇：酰氯的反應(yīng)產(chǎn)生小分子副產(chǎn)物HCI，增加了產(chǎn)

6、物的處理難度。因此油相單體選擇活性高的甲苯-2，4-二異氰酸酯，以氯仿為溶劑?？紤]到與水相的比重匹配，氯仿中摻加1/4體積的環(huán)己烷。水相的選擇：水溶性單體原則上可選取二元胺、二元醇等，胺的活性高于醇，但是當(dāng)二元胺加入熔化的Na2HPO4·12H2O及部分水組成的溶液時(shí)，生成白色的物質(zhì)，導(dǎo)致胺無法使用。二元醇的活性稍低，在水中的解離度小，不與磷酸鹽發(fā)生作用因此實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)單體采用異氰酸酯、二元醇。此反應(yīng)為加聚反應(yīng)，無副產(chǎn)物。Na2HPO4·12H2O固體，不能直接用于反應(yīng)中，首先要將其在45℃熔化，再加入部分水、單體形成水相。水相中的磷酸鹽在45℃以

7、下就會(huì)結(jié)晶析出，所以制備過程油相、水相的溫度均保持在50℃，同時(shí)溫度升高有利于乙二醇與甲苯二異氰酸醋在反應(yīng)。微膠囊的囊壁為甲苯-2，4-二異氰酸醋與乙二醇的縮合產(chǎn)物聚氨酯，反應(yīng)式：異氰酸酯與乙二醇的反應(yīng)沒有小分子副產(chǎn)物生成，是其優(yōu)點(diǎn)。2.2.3催化劑的作用根據(jù)文獻(xiàn)提供的微膠囊化低溫相變儲能材料研究，合成空心膠囊實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度為50℃，Span80為乳化劑，甲苯二異氰酸醋(l.5g)與以乙二醇(0.5g能力素質(zhì)拓展訓(xùn)練)反應(yīng)3小時(shí)，得到的產(chǎn)物量很少，約0.3g；而加入二月桂酸二丁基錫作催化劑，相同條件下得到聚氨醋壁材約2.7g。所以，實(shí)驗(yàn)要加

8、入催化劑一滴約20-30mg[7]。2.2.4制備過程將Na2HPO4·12H2O及部分水、乙二醇加熱熔化，形成均勻透明的溶液，在攪拌下