液体石蜡/聚砜树脂/纳米SiO2复合相变材料的制备及性能表征

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.06.006

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (6): 32-38.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.06.006

液体石蜡/聚砜树脂/纳米SiO₂复合相变材料的制备及性能表征

张云峰(), 钟威, 张璐, 兰志兴, 董志博

长沙理工大学能源与动力工程学院，长沙 410114

收稿日期:2022-02-07 出版日期:2022-06-26 发布日期:2022-06-27
作者简介:张云峰（1972—），男，副教授，从事复合相变材料研究，549904696@qq.com

Preparation and performance of liquid paraffin/polysulfone resin/nano⁃SiO₂composite phase change materials

ZHANG Yunfeng(), ZHONG Wei, ZHANG Lu, LAN Zhixing, DONG Zhibo

School of Energy and Power Engineering，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410114，China

Received:2022-02-07 Online:2022-06-26 Published:2022-06-27

摘要/Abstract

摘要：

采用溶剂挥发法合成一种新型的以液体石蜡为芯材、纳米SiO₂为嵌体的聚砜树脂外壳相变微胶囊颗粒，并通过扫描电子显微镜、红外光谱、差示扫描量热仪、热失重分析对复合相变材料进行了结构及性能测试。结果表明，当添加纳米SiO₂的量为5 %时，微胶囊颗粒的粒度为最小的164.8 μm，并存在最优的相变焓和封装效率，熔化焓为88.03 J/g，结晶焓为86.48 J/g，封装效率57.37 %；纳米SiO₂改性后的相变微胶囊化学结构未受影响；经纳米SiO₂改性，微胶囊粒径增大，其表面结构产生小空隙现象，同时相变微胶囊的相变性能及热稳定性有明显改善。

关键词: 微封装, 相变材料, 溶剂挥发法, 热性能

Abstract:

A novel type of microencapsulated phase change material （PCM） with a liquid paraffin wax core， a polysulfone shell， and a nano?SiO₂ inlay was synthesized through a solvent evaporation method， and its structure and properties were characterized using SEM， FTIR， DSC， and TGA. The results indicated that the resultant microcapsules obtained the smallest particle size of 164.8 μm at a nano?SiO₂ addition amount of 5 wt %. There is an optimal enthalpy and encapsulation efficiency for the microcapsules， resulting in a melting enthalpy of 88.03 J/g， a crystallization enthalpy of 86.48 J/g， and a packaging efficiency of 57.37 %. The FTIR analysis indicated that the chemical structure of the phase?change microcapsules was not affected by the addition of nano?SiO₂. The particle size of the microcapsules increased by the modification of nano?SiO₂， and their surface structure showed small voids. Meanwhile， their phase?change performance and thermal stability were improved.

Key words: microencapsulation, phase change material, solvent evaporation method, thermal property

中图分类号:

TQ322

张云峰, 钟威, 张璐, 兰志兴, 董志博. 液体石蜡/聚砜树脂/纳米SiO₂复合相变材料的制备及性能表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 32-38.

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图/表 7

图1 溶剂挥发法制备MEPCMs的合成示意图

Fig.1 Schematic diagram of synthesis of MEPCMs prepared by solvent evaporation method

组分	第一组	第二组	第三组	第四组	第五组
聚砜树脂/g	2	2	2	2	2
纳米SiO₂/ %	0	1	3	5	7
液体石蜡/g	4	4	4	4	4
聚乙烯醇/g	5	5	5	5	5
二氯甲烷/mL	50	50	50	50	50
去离子水/mL	500	500	500	500	500

表1 纳米SiO2改性相变微胶囊的制备工艺参数

Tab.1 Preparation process parameters of nano?silica modified MEPCMs

图2 不同纳米SiO2添加量的相变微胶囊SEM照片

Fig.2 SEM images of MEPCMS with different amounts of nano?SiO2

图3 石蜡和不同纳米SiO2添加量的相变微胶囊的FTIR谱图

Fig.3 FTIR spectra of MEPCMs with different nano?SiO2 additions and paraffin

图4 石蜡和不同纳米SiO2添加量的相变微胶囊的DSC曲线

Fig.4 DSC curves of MEPCMs with different nano?SiO2 additions and paraffin

样品	熔化		结晶		E_r/ %
样品	T_m/℃	∆H_m/J•g^-1	T_c/℃	∆H_c/J•g^-1	E_r/ %
石蜡	28.64	151.1	22.92	153.1	—
0 %	30.07	88.00	21.91	86.87	57.49
1 %	30.10	63.67	21.70	61.91	41.28
3 %	30.11	74.06	22.12	73.82	48.61
5 %	30.11	88.03	22.77	86.48	57.37
7 %	29.77	76.82	21.82	74.33	49.69

表2 石蜡及相变微胶囊的DSC测试结果

Tab.2 DSC test results of paraffin and MEPCMs

图5 石蜡和不同纳米SiO2添加量的相变微胶囊的TG曲线

Fig.5 TG curves of MEPCMs with different nano?SiO2 additions and paraffin

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