Page 52 - 《精细化工》2019年第11期
P. 52

·2200·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                  第 36 卷

                 定形相变材料（PCM）是研究者们针对固-液相                        羧化度>80%，上海源叶生物科技有限公司；氧化石
            变材料相变后流动性大、易泄漏的缺点，研究并开                             墨烯（GO），质量分数 99%，南京吉仓纳米科技有
                                                     [1]
            发的一类相变前后形状稳定的复合相变材料 。因                             限公司；羧基化多壁碳纳米管（CNTs），质量分数
            此，定形相变材料被广泛应用于节能建筑                    [2-3] 、纤维    95%，南京先丰纳米材料科技有限公司。
            纺织品    [4-5] 等领域。通常，定形相变材料可通过微胶                        S4800 扫描电镜，日本日立公司；Q2000 差示
            囊包裹    [6-7] 、多孔基材吸附    [8-9] 和聚合物支撑    [10-11] 等  扫描量热仪，美国 TA 公司；KD2-Pro 导热系数仪，
            实现。目前，学者多通过单一方式制成定形相变材                             美国 Decagon 公司；L93-4+温度记录仪，杭州路格
            料，相变材料的含量较小，因而性能受到较大影响。                            科技有限公司；JY-K-80T 高低温交变试验箱，上海
                        [4]
                 Geng 等 以三组分混合物十四醇-结晶紫内酯-                      巨怡试验设备有限公司。
            双酚 A 作为芯材，三聚氰胺-甲醛预聚物作为壳材，                          1.2    SPH 的制备
            制备了热致变色微胶囊定形相变材料，热致变色相                                 采用 Dorkoosh 等    [19]  报道的泡沫聚合法制备
            变微胶囊中相变材料的质量分数为 72.6%，微胶囊的                         SPH，并在此基础上进行改善。制备过程如下：依
            熔融相变焓从纯十四醇的 228.4 J/g 下降到 165.9 J/g，               次将 300 μL AM 溶液（300 mg，质量分数 50%）、
            下降 27.4%。刘磊等       [12] 以二氧化硅（SiO 2 ）气凝胶、          200 μL  AA 溶液（200  mg，质量分数 50%，用质量
            X 型分子筛、膨胀珍珠岩、活性炭和硅藻土 5 种多                          分数为 40%的 NaOH 溶液调节至 pH=5）、30  μL
            孔基材吸附十水硫酸钠（Na 2 SO 4 ∙10H 2 O）制备成不                 NMBA 溶液（质量分数 2.5%）、30 μL PF127 溶液（质
            同定形相变材料，结果表明，5 种基材中活性炭负                            量分数 10%）、25  μL  APS 溶液（质量分数 20%）、
            载 Na 2SO 4∙10H 2O 的量最大，负载 Na 2SO 4∙10H 2O 的质       25 μL TEMED 溶液（质量分数 16.7%）、100 μL CMCS
            量分数为 89.2%，此时相变潜热从纯 Na 2 SO 4∙10H 2O               溶液（质量分数 1%）加入到 10  mL 烧杯中，且加
            的 251.2 J/g 下降到复合定形相变材料的 157.3 J/g，                入每一种溶液后，涡旋振荡均匀。然后，迅速加入
            下降 37.4%。超大多孔水凝胶（SPH）是一种富含毛                        100 mg NaHCO 3 粉末，强烈振荡直到气泡均匀。之
            细管通道结构的聚合物           [13] 。同时，SPH 高分子链段
                                                               后，放入 40  ℃水浴锅中 5 min，使体系反应呈凝胶
            上带有离子基团，可有效吸附离子，将离子禁锢在 SPH                         状；取出，在室温下固化 30 min。得到的产物置于
            聚合物网络中       [14] 。因此，SPH 被广泛用于医药         [15-16]  过量乙醇中 24  h，除去未反应物质，并初步脱水；
            和废水处理      [17-18] 等方面。然而，鲜见将 SPH 作为基
                                                               最后，取出置于 45  ℃真空干燥箱中干燥 12  h，即
            材吸附相变材料，制备成定形相变材料的报道。
                                                               得到干燥的 SPH 基材。
                 与单一的制备定形 PCM 的方式比，SPH 基材
                                                                   上述步骤中，AM 和 AA 是反应单体；TEMED
            可通过毛细管力，结合链段上离子基团的吸附力和
                                                               是促进剂，促进引发剂 APS 反应；NMBA 是交联剂；
            聚合物网络支撑的方式，负载更多 PCM。本文以丙
                                                               PF127 是泡沫稳定剂；CMCS 是添加剂，目的是提
            烯酸和丙烯酰胺为单体，采用泡沫聚合法和先单因
                                                               高 SPH 的力学性能；NaHCO 3 是起泡剂。泡沫聚合
            素后正交实验法，制备了吸液性能良好的 SPH；并
                                                               法制备 SPH 的关键就在于控制凝胶聚合和起泡过程
            选用 SPH 为基材，水为 PCM，氧化石墨烯（GO）
                                                               的同步进行     [14] 。
            和碳纳米管（CNTs）为添加剂，制备两种多孔凝胶
                                                                   为提高 SPH 基材的负载能力，采用先单因素后
            基碳纳米定形 PCM。通过考察单体、引发剂、交联
                                                               正交实验（三因素三水平）的方法，考察了单体 AM
            剂对 SPH 吸液性能的影响，得到制备 SPH 的优化工
                                                               和 AA 溶液体积比、引发剂用量和交联剂用量对 SPH
            艺参数。同时，对 PCM 的储热和导热性能，以及吸
                                                               基材吸液性能的影响（具体因素水平见表 1 和表 2），
            热、放热速率和热循环性能进行了表征。
                                                               从而得出制备具有良好吸液性能 SPH 的优化工艺参
            1    实验部分                                          数，并表征 SPH 形貌。

                                                                       表 1    SPH 的单因素实验因素水平表
            1.1   试剂与仪器
                                                                Table 1    Factor level table of single factor test for SPH
                 丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM），CP，氢氧化
                                                                          因素                     水平
            钠（NaOH）、过硫酸铵（APS）、碳酸氢钠（NaHCO 3 ）、
                                                                 V(AM)∶V(AA)               5∶0、4∶1、3∶2、
            乙醇，AR，国药集团化学试剂有限公司；N,N'-亚甲
                                                                                            2∶3、1∶4、0∶5
            基双丙烯 酰胺 (NMBA) 、 N,N,N',N'- 四甲基乙 胺                   APS 用量（以单体总质量               0.5、1.0、2.0、
            （TEMED），质量分数 99%，阿拉丁试剂有限公司；                          为基准，下同）/%                    4.0、6.0、8.0
            聚（氧化乙烯/氧化丙烯）（PF127），工业级，南                            NMBA 用量（以单体总质量             0.05、0.10、0.30、
            京威尔化工有限公司；N,O-羧甲基壳聚糖（CMCS），                          为基准，下同）/%                   0.50、0.70、0.90
   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57