蓄熱調(diào)溫相變材料微膠囊中相變材料的選擇

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1、蓄熱調(diào)溫相變材料微膠囊中相變材料的選擇王丹丹安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡織系染整1121摘要：微膠囊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復(fù)合相變材料，其研究發(fā)展已經(jīng)觸及各個(gè)領(lǐng)域。文中介紹了相變材料概念及其特性，包括相變材料微膠囊的制備方法與技術(shù)，以及在紡織中相變材料微膠囊的選擇，展望了相變材料在紡織中的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：相變材料；微膠囊；紡織服裝一、相變材料微膠囊的概念及研究進(jìn)展1、相變材料微膠囊的研究背景及概念隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求日益增加。為此，人們開始尋找綠色可再生能源去取代地球上日趨匱乏的

2、資源，例如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?。然而，這些能源的間歇性給人類的利用帶來極大不便，如何將能源進(jìn)行很好的儲(chǔ)存就顯得尤為重要。目前在熱能領(lǐng)域，盡管多數(shù)采用顯熱方式進(jìn)行儲(chǔ)能，但其儲(chǔ)熱量小，放熱不恒溫、儲(chǔ)熱裝置龐大等缺點(diǎn)已經(jīng)影響了其進(jìn)一步的應(yīng)用。是否能夠找到一種儲(chǔ)熱量大，且吸/放熱量時(shí)其溫度保持不變的材料呢？潛熱儲(chǔ)能方式的發(fā)現(xiàn)恰好解決了顯熱儲(chǔ)能的缺憾。在自然界，物質(zhì)的狀態(tài)普遍以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)存在，對(duì)于物質(zhì)的每一種狀態(tài)都可以稱作一種“相態(tài)”。當(dāng)物質(zhì)與外界環(huán)境進(jìn)行熱量交換，并達(dá)到某一“特殊溫度點(diǎn)”時(shí)，其物理狀態(tài)就會(huì)從一種相

3、態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相態(tài)。這種相態(tài)的轉(zhuǎn)變就是“相變”，相變時(shí)的特殊溫度點(diǎn)就是“相變溫度”。而能夠發(fā)生相轉(zhuǎn)變的材料，稱之為“相變材料（PhaseChangeMaterials）”。在物體從固態(tài)到液態(tài)這兩種相變過程中，所儲(chǔ)存或釋放的能量也稱為“相變潛熱”。物理狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個(gè)寬的溫度平臺(tái)，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當(dāng)大。無機(jī)相變材料是一種能夠利用自然界能量進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存和溫度控制的功能性材料。相比于其它能量?jī)?chǔ)存方式（例如顯然儲(chǔ)能），相變蓄熱材料具有以下特點(diǎn)：相變材料的

4、單位質(zhì)量(體積)的蓄熱密度大；相變過程保持恒溫；化學(xué)穩(wěn)定性好；安全性高。以上這些優(yōu)點(diǎn)也為相變材料的應(yīng)用推廣起到了潛在的作用。2、無機(jī)相變材料的研究進(jìn)展隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，能源逐漸成為人類賴以生存的基礎(chǔ)，但是能源的供應(yīng)與需求都有較強(qiáng)的時(shí)間性，為了提高能源利用效率、保護(hù)環(huán)境、解決熱能供給與需求失配的矛盾，在太陽(yáng)能利用，電力的“移峰填谷”，廢熱回收利用以及建筑與空調(diào)的節(jié)能中，相變蓄熱技術(shù)已正成為世界范圍內(nèi)研究的熱點(diǎn)。國(guó)外對(duì)于相變材料的研究要追溯到20世紀(jì)60年代。當(dāng)時(shí)，美國(guó)宇航和太空總署(NASA)為了保護(hù)宇宙飛船

5、內(nèi)的精密儀器和宇航員不受外界劇烈變化的溫度的影響，開始重視對(duì)相變材料的研究工作。此后，美國(guó)空軍(USAF)、海軍(NAVY)、能源部(DOE)、農(nóng)業(yè)部(DOA)和美國(guó)國(guó)家基金(NSF)陸續(xù)多次資助該方面的研究項(xiàng)目。特別受80年代能源危機(jī)的影響，相變儲(chǔ)熱(LTES)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)研究在發(fā)達(dá)國(guó)家(如美國(guó)、加拿大、日本、德國(guó)等)迅速崛起并得到不斷發(fā)展。在相變材料的研究上，最初的研究主要集中于單一的固-液相變材料，例如無機(jī)和有機(jī)相變材料，其中無機(jī)相變材料的儲(chǔ)熱密度大，導(dǎo)熱性能好，廉價(jià)易得，使其更易推廣應(yīng)用。但是，在

6、相變時(shí)產(chǎn)生的液體的泄露也限制了其實(shí)際的應(yīng)用。有機(jī)相變材料存在著成本高，導(dǎo)熱性能差等缺點(diǎn)，同樣也受到了應(yīng)用限制。目前，對(duì)于相變材料的研究主要集中于解決相變材料本身的這些缺陷。為了防止材料泄露以及提高導(dǎo)熱速度，各國(guó)科學(xué)家采取了不同的方法。例如，將相變材料與大分子進(jìn)行接枝發(fā)展成固-固相變材料，由于大分子的熔點(diǎn)高于相變材料，使得其變成液體時(shí)也不會(huì)發(fā)生流動(dòng)性的泄露。利用高分子聚合技術(shù)將相變材料做成微米或者納米級(jí)的膠囊，既提高了導(dǎo)熱速度，又防止了泄露。尤其是微膠囊技術(shù)，是一個(gè)研究熱點(diǎn)之一。當(dāng)前，微膠囊相變材料的研究多數(shù)集中在

7、其制備方法、囊芯和囊壁的選擇以及成本控制。近年來，對(duì)相變貯能的理論和應(yīng)用研究發(fā)展更是非常之快，使其已成為涉及物理化學(xué)、材料科學(xué)、太陽(yáng)能、傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、相圖理論、量熱技術(shù)及熱分析等學(xué)科領(lǐng)域的新的學(xué)科方向。國(guó)外已經(jīng)將相變材料的實(shí)際應(yīng)用推廣到許多領(lǐng)域中，例如建筑節(jié)能領(lǐng)域（提供相變材料并同時(shí)提供設(shè)計(jì)一體化）、太陽(yáng)能利用、余熱/廢熱利用、電力調(diào)峰、日常生活應(yīng)用及電子元器件熱保護(hù)、紡織服裝、農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用等。國(guó)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用推廣還較少，主要集中于無機(jī)相變材料的延伸產(chǎn)品，例如：市場(chǎng)上流行的冰墊，消防用相變材料衣服。有關(guān)相變潛

8、熱蓄能系統(tǒng)(LHTES)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和強(qiáng)化傳熱的研究、附加價(jià)值高的產(chǎn)品還有待發(fā)展。總之，合理的選擇將最終決定相變材料的儲(chǔ)能效果和應(yīng)用前景，在選擇和應(yīng)用相變材料時(shí)可將以上標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，這對(duì)相變材料的開發(fā)以及相變儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展是十分有益的。二、微膠囊相變材料的制備方法1、界面聚合法界面聚合法制備MCPCM,首先要將兩種含有雙(多)官能團(tuán)的單體分別溶解在兩種不相混溶的PCM乳化體